cmos工艺兼容硅基光互连关键器件实现和建模

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1、摘要按照摩尔定律集成电路特征尺寸的变化，目前主流工艺的互连线的最小线宽已经步入了100rim以下，芯片上的电互连即将到达极限，这带来了一系列问题r如传输延迟、功耗、电磁干扰、设计复杂等，使互连问题越来越成为制约系统整体性能的瓶颈。光互连作为一种有效的解决途径，由于其具有高速、高带宽、低串扰、低功耗、精确的时钟分配等先天优势，因而近年来备受关注。如果能实现光互连与现有主流工艺的兼容，降低光互连的成本，光互连必将成为下一代互连的领军者。因此，芯片上光互连的研究和实现对于推动集成电路向更高集成度、更高工作频率、更高传输速率的可持续发展有着举足轻重的作用。本文着重研究与标准CMOS工艺兼容的硅基光

2、互连方案及其关键器件的实现和建模。基于Chartered0．35proEEPROM工艺提出了两种硅基光互连方案：在直线型光互连方案中，采用场氧光波导加两层金属间光波导的传输方法，有效减少光的耦合损耗；采用环形光互连方案，有效增强对LED发光的收集。这两种方案中各包括四个模块：与标准CMOS工艺兼容的硅基发光器件及其驱动电路、硅基光波导、光电探测器及前置放大电路。设计中，关注硅基光互连中关键器件在标准工艺下的实现，并根据已有的实验数据建立器件的电路模型，提出了与CMOS工艺兼容的反偏发光二极管的电路模型、带浅沟槽隔离双光电探测器的电路模型。最后，对于两种方案分别绘制版图并送交流片。关键词：硅

3、基光互连硅基发光硅基光波导光互连版图ABSTRACTAccordingtotheMoore’sLaw,theIC’sfeaturesizehaskeptshrinking．Byfar,themininlutnwidthofintercounectionlineinthemainstreamindustryprocesshasshrunkunder100nm．Thatmeanstheelectricalintercounectiononthechipiswalkingt0itslimit，whichwillcauseseriousproblemssuch嬲transmitdelay,powe

4、rconsumption，EMI，designcomplicityandSOon．Asaresult，theinterconnectionproblemisbecomingthechokepointlimitingthewholesystem’Sperformance．Asaneffectivesubstituteforelectricalintercormection，opticalinterconnectionhasgainedattentionbecauseofitsinnateadvantageslike：highspeed,widebandwidth，lowinterferenc

5、e，lowpowerconsumption，accurateclockdistributionandsoforth．IftheopticalinterconnectioncostCanbeloweredbyrealizingitincurrentmainstreamindustryprocess，itwillbethepacemakerofnextgenerationinterconnection．So，theopticalinterconnection’sstudyandrealizationonthechipholdsthecriticalplaceinmotivatingthewho

6、leICindustry’scontinualdevelopingtowardhigherintegration,higherworkingfrequencyandhighertransmittingbits．ThispaperfocusesonSi—basedopticalinterconnectionanditskeydevices’realizationandmodeling，whicharetotallycompatiblewithstandardCMOSprocess．BasedonChartered0．35I．tmEEPROMprocess，twowaysofopticalin

7、terconnectionareproposedhere---straightlineandannularopto-interconnection，whichisfirstmentionedbyfar．Inthestraightlineopto-interconnectionsolution，weusebothfieldoxideandtwometalsaswaveguideinordertoreducecoupling