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Autor: Vanessa Julia Gamero Sobero
Přispěvatelé: Marco Isaías Alayo Chávez, Gustavo Pamplona Rehder, Katia Franklin Albertin Torres
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: O foco do trabalho é o desenvolvimento de dispositivos ópticos integrados com tecnologia CMOS comercial. Assim, desenvolveu-se um dispositivo óptico composto por uma fonte óptica incandescente, um guia de onda e um fotodiodo, fabricado com a tecnologia comercial CMOS de 0,35 m da Austria Micro Systems (AMS). A fonte óptica incandescente, chamada microlâmpada, e o guia de onda foram projetados na seção BEOL (Back-End-Of-Line) da tecnologia enquanto o fotodiodo foi projetado na seção FEOL (Front-End-Of-Line). A microlâmpada foi feita entre duas camadas metálicas conectadas por vias de tungstênio que agem como filamentos incandescentes cobertos por camadas de óxido dielétrico, que evitam sua oxidação. O núcleo do guia de onda de onda foi acoplado à microlâmpada para uma fabricação simples, sob o princípio de Reflexão Interna Total (RIT). Finalmente, o fotodiodo foi acoplado no final do guia de onda no substrato de silício. Este trabalho teve como objetivos, o estabelecimento de uma metodologia para a etapa de pósprocessamento que permitisse o isolamento da microlâmpada e do guia de onda, e, como segundo objetivo a caracterização do dispositivo óptico para conhecer suas propriedades ópticas e elétricas. Os resultados da etapa de pós-processamento mostraram com os testes MEV e FIB que se atingiu a suspensão da microlâmpada e do guia de onda em 75% ou mais dos dispositivos ópticos em um chip. Não entanto, a metodologia de pós-processamento precisa ser otimizada para conservar a camada de passivação do dispositivo óptico e obter assim medidas de resistência da microlâmpada mais próximas ao valor projetado. Na caraterização elétrica do dispositivo óptico feita usando o coeficiente linear de resistência de temperatura (TCR) dos filamentos da microlâmpada, se encontrou que esta poderia atingir como máximo 230 °C com 48 mA. Segundo o espectro do modelo do corpo negro, a essa temperatura o filamento irradia na região do infravermelho de 2,5-5 m. No guia de onda foram encontradas dificuldades para seu funcionamento segundo o princípio RIT devido à presencia das camadas padrões de TiN da tecnologia CMOS depositadas acima e abaixo do núcleo. O fotodiodo mostrou resultados de funcionamento na região do visível, dado que a microlâmpada irradia principalmente na região do infravermelho não foi possível usá-lo para a caracterização óptica da microlâmpada. The focus of this work is the development of optical devices with standard CMOS technology. In this context, an optical device composed by an incandescent optical source, a waveguide and a photodiode was implemented with standard CMOS technology of 0,35 m of The Austria Micro System (AMS) foundry. The incandescent optical source, called microlamp, and the waveguide were fabricated in the Back-End-Off-Line (BEOL) section of the CMOS technology and the photodiode in the Front- End-Off-Line (FEOL). The microlamp was built between two metal layers interconnected by tungsten vias behaving as filaments, protected from oxidation by dielectric layers. The waveguide core was coupled to the microlamp for the simplest fabrication and to match the Total Internal Reflection (RIT) principle. Finally, the photodide was coupled to waveguide end and substrate anchored The present work aimed two objectives. First, set a post-processing methodology to isolate the microlamp and waveguide structures and second, make the characterization of the optical device to know its electrical and optical properties. Results of the post-processing showed through MEV and FIB tests, that isolation of the microlamp and waveguide structures was accomplished in over 75 % of optical devices in a chip. However, the methodology needs an optimization to keep the passivation layer for getting a microlamp resistance measure closer to the projected value. The electric characterization of the microlamp through the lineal temperature coefficient resistance (TCR) of the filaments showed it reaches a maximum temperature of 230 °C with 48 mA. According to the Black Body spectrum model, irradiation at that temperature is in the medium infrared waveguide lengths (2,5 - 5 m) The waveguide has some issues to work properly due to standard CMOS layer of TiN not specified by the foundry. Because of that it didn´t follow the TIR principle. Finally, the photodiode showed a properly behavior in the visible region but it was not able to measure the microlamp irradiation.
Databáze: OpenAIRE
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