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Integration optischer Funktionsmaterialien in eine Halbleitertechnologie


Kurzfassung

Eine verbesserte Integration von nicht-linear optischen, organischen Materialien in eine etablierte Silizium-Halbleitertechnologie ermöglicht die Herstellung neuartiger photonischer Modulatoren für die Datenübertragung und optischen Sensorik.


Hintergrund

In einer zunehmend digitalisierten Welt ist eine immer schnellere Datenübertragung notwendig. Die Chip-integrierte Photonik ermöglicht Übertragungsraten von mehreren Gbit/s. Notwendig dafür sind elektrooptische Modulatoren, die als Signalwandler von elektrischen Signalen in Lichtsignale fungieren.


Problemstellung

Elektrooptische Modulatoren auf Basis der gut etablierten Silizium-Chiptechnologie sind besonders aussichtsreich, da sie auch für höhere Stückzahlen skalierbar sind. Sie sind allerdings wegen ihrer begrenzten Modulationsgeschwindigkeit und der optischen Verluste derzeit in ihrer Performance limitiert. Ein neuer Lösungsansatz ist die Silizium-Organik-Hybrid-(SOH)-Photonik. Sie kombiniert die Silizium-Chiptechnologie mit organischen Materialien, die besonders vorteilhafte elektrooptische Eigenschaften aufweisen und damit höhere Übertragungsraten ermöglichen bei gleichzeitig geringen optischen Verlusten. Derzeit besteht aber die Herausforderung in der Integration der empfindlichen organischen Materialien in die industriell etablierte Silizium-Chiptechnologie mit teils harschen Prozessbedingungen.


Lösung

Es wird eine neuartige Integration von optischen Funktionsmaterialien in eine Halbleitertechnologie vorgeschlagen. Das Halbleitersubstrat (u.a. Si-Wafer) mit der photonischen Komponente auf der Vorderseite wird von der Substratrückseite freigelegt (z.B. mittels Local-Backside-Etching). Dadurch kann die photonische Komponente mit einem nicht-linear optischen Material (u.a. organische Polymere) von der Rückseite beschichtet und danach wieder versiegelt werden. Die Versiegelung erhöht die Langzeitstabilität der aktiven Schicht. Dieser Ansatz erlaubt die vollständige Integration der elektronischen Komponenten auf der Substratvorderseite. Das verwendete optische Material der aktiven Schicht weist zudem einen quadratisch elektrooptischen Effekt (QEOE) auf, der zusätzliche Vorteile in Hinblick auf eine optimierte Modulation bietet. Dieser Ansatz ermöglicht schlussendlich die Herstellung ganz neuartiger, komplexer Chip-Architekturen.


Vorteile

  • Erhöhte Langzeitstabilität des optischen Materials
  • Vollständige Integration von elektronischen und photonischen Komponenten aus organischen und   nicht-organischen Materialien auf einem Chip
  • Volle Prozesskompatibilität zur Silizium-Chiptechnologie
  • Lichtmodulatoren für energieeffiziente und hochbitratige Datenübertragung bei geringer Störanfälligkeit möglich

 

 


Anwendungsbereiche

Halbleitertechnologie; spezielle schaltbare optische Baukomponenten, diverse Anwendungen mit Bedarf an Modulation/Schaltung von Licht (Kommunikation, Sensorik etc.)


Service

  • Verkauf
  • Lizenzierung
  • FuE-Kooperation

 

 


Technische Hochschule Wildau

Yijian Tang
+49 (0) 3375 508 852
patente@th-wildau.de
www.th-wildau.de/patente
Adresse
Hochschulring 1
15745 Wildau



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • EP 3506002 anhängig
  • US 2019206850 anhängig
  • CN 110021532 anhängig

Stichworte

Kommunikationstechnik, Sensorik, optische Datenübertragung, integrierte optische Schaltkreise, elektronisch-photonische Sensorplattform, elektrooptische Modulatoren, nicht-lineare Optik, Silizium-Organik-Hybrid-(SOH)-Photonik, Hybrid-Integration, organische Funktionsmaterialien, elektrooptische Schalter, Silizium-Photonik

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(Geschäftsstellenleiterin)

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