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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/343| Análisis, diseño, fabricación y caracterización de los elementos básicos para integración de un circuito fotónico totalmente en silicio | |
| JESUS ALARCON SALAZAR | |
| IGNACIO ENRIQUE ZALDIVAR HUERTA MARIANO ACEVES MIJARES | |
| Acceso Abierto | |
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| Silicon rich oxide Silcon nitride Light sources Optical waveguide Photodetector Photonic integrated circuit Silicon photonics | |
| This work studies the monolithic integration on silicon of a light source, an optical waveguide and a photodetector. The aim is to make a photonic integrated circuit (PIC) using Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) techniques of fabrication. PICs work with photons instead of electrons to manage information data massively and at low cost. To develop an elemental system composed of a light source, a waveguide and a sensor in order to probe the functionality of more complex PICs is mandatory. The development of a silicon light source, also named light emitting capacitor (LEC), is the most challenging task, because the silicon is an indirect band gap semiconductor that makes it an inefficient light emitter. One material based on silicon and with light emitting properties is the silicon rich oxide (SRO). The SRO deposited by low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) and annealed at 1100 ºC has photo- and electroluminescence properties. LECs with SRO have demonstrated successful emission of light. However, some disadvantages of LECs are the high electric fields needed to turn on the electroluminescence (Eenc), the low emission intensity and short operation ranges. The operation range is defined as the difference between maximum and minimal electric fields that produce emission without damaging the device. In order to solve such problems, in this work, four LECs were studied: two LECs with a single layer of SRO (S-LEC) and two LECs with a multilayered structure of nanometric SRO layers (M-LEC). S-LECs and M-LECs showed photo- and electroluminescence (EL) response associated to energy levels of oxygen defects in the SRO matrix. In the case of S-LECs, two different silicon substrates were used: one polished (S-LECP) and the other textured (S-LECT1). On both substrates a single layer 70 nm thick of SRO was deposited. The M-LECs were deposited only on polished substrates and alternate emitting and conductive layers in order to have high enough electric conductivity and intense light emission, preserving the characteristics of each layer. One M-LEC uses SRO5 as conductive layer (M-LEC525) and the other uses SRO10 (M-LEC1025), and as emitting layer they use SRO25 for both devices. These devices reduce 64 % the Eenc and increase twice the operation range compared with S-LECp. Also, M-LECs have two electric field regimes. En este trabajo se estudia la integración monolítica en silicio de una fuente de luz, una guía de onda óptica y un fotodetector. El objetivo es fabricar mediante técnicas microelectrónicas un circuito fotónico integrado (PIC, del inglés Photonic Integrated Circuit) completamente en Si, el cual genere, transmita y detecte luz visible. La ventaja de utilizar estas técnicas de fabricación es la completa compatibilidad con procesos Metal-Óxido-Semiconductor Complementario (CMOS), permitiendo utilizar una variedad de herramientas y abaratando los costos de fabricación. Actualmente, la demanda de procesamiento de información está llevando los circuitos integrados (CIs) al límite de su capacidad. El nivel de integración en CI es tan grande que los dispositivos se enfrentan a nuevos problemas, como es información cruzada, consumo de potencia y efectos resistivo-capacitivos. Una opción viable para superar estas limitaciones es migrar de CIs que manejan electrones al uso de fotones, es decir a PICs. Por tal motivo, es obligatorio desarrollar una celda base para el manejo de información mediante luz. El dispositivo crucial en el sistema integrado es el emisor de luz, también denominado LEC (del inglés, Light Emitting Capacitor). Como es bien conocido, el silicio es un semiconductor de banda indirecta, haciéndolo un ineficiente emisor de luz; sin embargo desde algunas décadas atrás se ha demostrado que materiales basados en silicio presentan propiedades luminiscentes en el visible. En nuestro caso, el material activo para el LEC es el óxido de silicio enriquecido con silicio (SRO) obtenido por depósito químico en fase vapor a baja presión (LPCVD). Después de un tratamiento térmico a 1100 ºC ha demostrado tener una respuesta foto- y electro-luminiscente. A pesar de esto, los LECs con SRO siguen teniendo un desempeño ineficiente debido a altos voltajes de encendido (cercanos al voltaje de ruptura del dieléctrico), baja emisión electroluminiscente y rangos de operación muy cortos. En este trabajo se estudiaron dos tipos de LECs: capa simple de SRO (S-LEC) y multicapas nanométricas de SRO (M-LEC). En el caso de S-LEC se texturizó la superficie del substrato para generar inyectores de corriente que propiciaran una mejora en la respuesta electro-óptica del dispositivo. En los M-LEC se alternó entre capas emisoras y conductivas para superponer propiedades y mejorar el desempeño del dispositivo. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2017-04 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Alarcon-Salazar J. | |
| CIRCUITOS INTEGRADOS | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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