Специалисты Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ разработали неразрушающий метод контроля за производством так называемых фотонных интегральных схем, используемых в новых электронных приборах.
Предложенный подход позволит с высокой точностью контролировать параметры фотонных интегральных схем (ФИС, компонентной базы для устройств на принципах радиофотоники) как при отработке технологических операций, так и при массовом производстве, не разрушая при этом образцы.
Радиофотоника – научно-техническое направление, которое исследует способы генерации, передачи и обработки СВЧ-сигналов с помощью оптического излучения. В последнее десятилетие изучение радиофотоники активно переходит в практическую плоскость, поскольку ее принципы позволяют создавать более компактные электронные приборы и вычислительные устройства с существенно лучшими характеристиками по сравнению с классической электроникой.Основой компонентной базы для радиофотоники являются фотонные интегральные схемы. Их изготавливают на пластине из полупроводникового материала. Такие пластины могут содержать тысячи различных компонентов, сгруппированных определенным образом в фотонные интегральные устройства (чипы). Полученная пластина в дальнейшем разрезается на отдельные чипы, количество которых может достигать десятков-сотен штук.
Однако в процессе технологического производства микросхем на предприятиях могут возникать различные отклонения от заданной топологии и параметров технологических процессов, приводящие к неоднородности интегральных оптических волноводов по размерам и показателю преломления. Как следствие, характеристики изготовленной ФИС могут не соответствовать изначально заложенным требованиям. Для контроля параметров используются специальные методы диагностики, при этом большинство из них сопряжено с повреждением или разрушением контрольных образцов микросхем.
«Мы разработали неразрушающий, быстрый и точный метод контроля качества фотонных интегральных схем с помощью измерения и дальнейшего анализа их передаточных характеристик», – рассказал доцент кафедры физической электроники и технологии ЛЭТИ Андрей Никитин.
Суть нового метода в том, что в разные части пластины со схемами добавляются миниатюрные тестовые элементы. Оптическое излучение вводится в них из оптоволокна с поверхности пластины. Это позволяет измерить показатели, характеризующие ряд внутренних оптических параметров, которые описывают работу ФИС.
Ключевых параметров три: волновое число оптического излучения, потери и коэффициент связи оптических интегральных волноводов, составляющих фотонную схему. Эти параметры связаны друг с другом в сложную комбинацию. Анализ полученных зависимостей сигнализирует о наличии или отсутствии дефектов ФИС, в частности, искажения геометрии функциональных элементов. Чтобы их «разделить» на отдельные показатели, ученые ЛЭТИ разработали специальную математическую модель.
В качестве демонстрации работоспособности метода ученые определили параметры ФИС, изготовленной по широко применяемой в промышленности технологии, называемой «кремний-на-изоляторе». Полученные данные были использованы для расчета передаточной характеристики тестового устройства, которая с высокой степенью точности совпала с экспериментальной. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Microwave and Optical Technology Letters.»Поскольку в России отрасль производства фотонных интегральных схем начинает бурно развиваться, то предложенный нами метод может найти широкое применение при отработке технологических процессов, а также для оперативного контроля качества продукции при массовом производстве на предприятиях микроэлектронной и оптоэлектронной промышленности», – отметил руководитель лаборатории магноники и радиофотоники, профессор кафедры физической электроники и технологии Алексей Устинов.
