Оборудование Компоненты Сервис |
Москва, Нижний Сусальный пер. 5, стр. 4
|
Тестирование устройств кремниевой фотоники на пластине
![Тестирование устройств кремниевой фотоники на пластине.jpg Тестирование устройств кремниевой фотоники на пластине.jpg](/upload/medialibrary/fd4/Тестирование%20устройств%20кремниевой%20фотоники%20на%20пластине.jpg)
Кремниевая фотоника на сегодняшний день является одним из перспективных направлений развития промышленности, так как открывает большие возможности для значительного увеличения скорости, энергоэффективности и миниатюризации устройств. Оно объединяет в себе хорошо отработанные технологии изготовления интегральных микросхем и волоконно-оптической связи. Такого рода изделия содержат в пределах одного корпуса как логическую, так и оптическую части, объединенные за счет технологии 2.5D и 3D сборки, что позволяет обеспечить высокую скорость обработки информации и широкую полосу пропускания наряду с малыми потерями при передаче сигнала. Это особенно востребовано при разработке высокопроизводительных компьютеров (суперкомпьютеров), а также в информационно-телекоммуникационных технологиях (ICT), так как обеспечивает меньшее энергопотребление, меньшие габариты конечного устройства и его более низкую себестоимость за счет использования массового производства.
![Прогноз потребления электроэнергии информационно-коммуникационными технологиями.jpg Прогноз потребления электроэнергии информационно-коммуникационными технологиями.jpg](/upload/medialibrary/033/Прогноз%20потребления%20электроэнергии%20информационно-коммуникационными%20технологиями.jpg)
Рисунок 1. Прогноз потребления электроэнергии информационно-коммуникационными технологиями1
1 Choon B.S., Tiong L.Y. etc. Test Setup Optimization and Automation for Accurate Silicon Photonics Wafer Acceptance Production // 2020 International Conference on Microelectronic Test Structures, April 6-9, Edinburg, UK
Поскольку технология создания устройств кремниевой фотоники основывается на кремниевой технологии, то как промежуточный, так и выходной контроль в обеих областях также имеют схожий характер. Для снижения себестоимости устройства требуется осуществлять контроль изделия до этапа корпусирования непосредственно на самом кристалле. Для этого используется зондовая станция в комплекте с контрольно-измерительном оборудованием и специальным программным обеспечением.
В первую очередь стоит отметить, что в отличии от электронных изделий, контакт к которым подразумевает непосредственный физический контакт c проводящей иглой, тестирование изделий фотоники требует расположения оптического волокна в непосредственной близости с кристаллом при отсутствии физического контакта. Существуют два наиболее распространенных метода для ввода/вывода излучения: поперечное сочленение и сочленение через решеточный элемент связи.
![Ввод излучения через поперечное сочленение (а) и через решеточный элемент связи (б).jpg Ввод излучения через поперечное сочленение (а) и через решеточный элемент связи (б).jpg](/upload/medialibrary/d37/Ввод%20излучения%20через%20поперечное%20сочленение%20(а)%20и%20через%20решеточный%20элемент%20связи%20(б).jpg)
Рисунок 2. Ввод излучения через поперечное сочленение (а) и через решеточный элемент связи (б)
Выравнивание оптоволокна относительно волновода на устройстве является серьезной задачей, так как перемещение оптоволокна происходит сразу в шести плоскостях. Для этого в установках компании
MPI серии
SiPh используются шестиосные манипуляторы (гексаподы) с обратной связью и высокопрецизионным пьезоприводом с разрешением до 0,3 нм, способные обеспечить оптимальное сочленение с помощью контроллера с обратной связью и специального программного обеспечения. Для реализации высокой точности измерений помимо прецизионного перемещения отдельных узлов установки необходимо исключить механические вибрации. В связи с этим предъявляются особые требования к столешнице установки с целью исключения вибрации при перемещении оптоволокна.
![]() |
![]() |
В связи с увеличением количества степеней свободы установки и требуемой высокой точности позиционирования необходимо минимизировать ручную работу оператора в процессе тестирования. Для этого применяется специальное программное обеспечение, которое контролирует заданное расстояние между оптоволокном и образцом, производит поиск оптимального положения оптоволокна для сочленения с тестируемым устройством и исключает повреждение оптоволокна из-за соприкосновения с другими держателями.
На рисунке 4 схематично представлен процесс выполнения сочленения: с помощью источника излучения на вход исследуемого образца подается сигнал, который регистрируется оптическим измерителем мощности на выходе. Данные от датчика мощности передаются в контроллер, который производит перемещение микропозиционера до достижения наибольшего значения выходной мощности излучения.
![Схема коммутации установки при выполнении сочленения с тестируемым образцом.jpg Схема коммутации установки при выполнении сочленения с тестируемым образцом.jpg](/upload/medialibrary/8df/Схема%20коммутации%20установки%20при%20выполнении%20сочленения%20с%20тестируемым%20образцом.jpg)
На программном уровне процесс сочленения происходит следующим образом:
- Изначально оператор выполняет грубую настройку оптоволокна относительно тестируемого устройства на первом кристалле.
- Затем в автоматическом режиме производится сканирование заданной области путем перемещения оптоволокна по выбранному алгоритму (Рисунок 5).
Рисунок 5. Сканирование заданной области в автоматическом режиме по выбранному алгоритму
- После этапа сканирования выполняется поиск максимума по наибольшему градиенту. Этот завершающий этап позволяет выполнить сочленение с наиболее высокой точностью.
Рисунок 6. Поиск максимума излучения по наибольшему градиенту
- Затем процесс повторяется с пункта 2 для следующего кристалла.
Благодаря использованию шестиосного микроманипулятора, сочленение может быть выполнено не только для одиночного оптоволокна, но и для массива из них. Контроль расстояния между пластиной и оптоволокном осуществляется с помощью специального датчика с разрешением 40 нм и рабочим диапазоном до 1 мм.
![Рука для многоканального оптического массива с датчиком расстояния.jpg Рука для многоканального оптического массива с датчиком расстояния.jpg](/upload/medialibrary/963/Рука%20для%20многоканального%20оптического%20массива%20с%20датчиком%20расстояния.jpg)
Рисунок 7. Рука для многоканального оптического массива с датчиком расстояния
С помощью зеркала, расположенного на вспомогательном столике, проводится исходная калибровка положения оптоволокна относительно образца. Для этого микроскоп располагается под углом в 45 градусов относительно вертикали с целью обзора положения оптоволокна относительно образца. Датчик расстояния запоминает координаты, при которых оптоволокно касается образца, как положение контакта. После этого возможно программно установить расстояние межу оптоволокном и образцом для режима измерения и сепарации (Рисунок 8).
![Размещение оптоволокна в режиме измерения (слева) и в режиме сепарации (справа).jpg Размещение оптоволокна в режиме измерения (слева) и в режиме сепарации (справа).jpg](/upload/medialibrary/8de/Размещение%20оптоволокна%20в%20режиме%20измерения%20(слева)%20и%20в%20режиме%20сепарации%20(справа).jpg)
Рисунок 8. Размещение оптоволокна в режиме измерения (слева) и в режиме сепарации (справа)
Чтобы исключить возможность повреждение оптоволокна из-за соприкосновения с соседними держателями, предусмотрено программное ограничение (программный барьер), исключающее сближение оптических волокон ближе заданного расстояния.
![Программный барьер для исключения повреждения оптических волокон.jpg Программный барьер для исключения повреждения оптических волокон.jpg](/upload/medialibrary/755/Программный%20барьер%20для%20исключения%20повреждения%20оптических%20волокон.jpg)
Рисунок 9. Программный барьер для исключения повреждения оптических волокон
Для проведения измерений при заданной температуре используется специальный термостабилизированный столик с диапазоном температур в пределах от -60 до +300°C с возможностью подачи напряжения смещения до 10 кВ. Система охлаждения работает за счет прокачки охлажденного сжатого воздуха и обеспечивает точность поддержания температуры на уровне ±0,08°C.
![Термостолик AirCool Prime от компании ERS.jpg Термостолик AirCool Prime от компании ERS.jpg](/upload/medialibrary/ea0/Термостолик%20AirCool%20Prime%20от%20компании%20ERS.jpg)
Благодаря универсальной конструкции установки возможно проводить не только измерение оптических параметров, но и электрических. Все необходимое оборудование располагается в непосредственной близости от объекта исследования, что позволяет проводить измерения в субмиллиметровом диапазоне. Программное обеспечение поддерживает большинство приборов от ведущих мировых производителей контрольно-измерительного оборудования (Coherent Solutions, National Instruments, Keysight Technologies, Anritsu и прочие).
![Установка MPI TS3000 с контрольно-измерительным оборудованием для проведения электрооптических измерений.jpg Установка MPI TS3000 с контрольно-измерительным оборудованием для проведения электрооптических измерений.jpg](/upload/medialibrary/a49/Установка%20MPI%20TS3000%20с%20контрольно-измерительным%20оборудованием%20для%20проведения%20электрооптических%20измерений.jpg)
Рисунок 12. Установка TS3000 с контрольно-измерительным оборудованием для проведения электрооптических измерений
Особенно стоит отметить, что установки для тестирования изделий кремниевой фотоники в большинстве случаев собираются из стандартных модулей под конкретную задачу, а потому приведенные выше решения являются опциональными для каждого отдельного проекта. В любом случае, необходимость комплексного подхода при тестировании устройств кремниевой фотоники является необходимым условием функционирования всего программно-аппаратного комплекса. Именно для этих целей компания MPI разработала комплексное дооснащение SiPh для станций TS2000-SE, TS3000, TS3000-SE, TS3500 и TS3500-SE. Данное решение позволяет в кратчайшие сроки обеспечить автоматический контроль параметров изготавливаемых устройств и увеличить процент выхода годных. Все перечисленные установки интегрируются с контрольно-измерительным оборудованием за счет гибкого программного обеспечения, что обеспечивает минимальные затраты на ввод оборудования в эксплуатацию.
Специалисты компании ТБС готовы оказать помощь и предоставить консультации, необходимые для подбора оборудования под конкретную задачу. За дополнительной информацией обращайтесь:Email: infos@tbs-semi.ru
Тел: +7 (495) 287-85-77