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Tecnicas de fabricacion en camara limpia para larealizacion de guıa de ondas polimericas
Manuel Cano-Garcıa
CEMDATIC, Politenica de Madrid, Av. Complutense 30, 28040 Madrid, Spain
manuel.c@upm.es
Septiembre 2017
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 1 / 40
Indice
1 IntroduccionCircuito fotonico integradoCristal lıquido
2 Circuitos fotonicos integradosGuia OndasDispositivos Fotonicos
3 DisenoSimulacionIntegracion de LC en PICs
4 Fabricacion
5 LogrosInterruptor optico
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 1 / 40
Indice
1 IntroduccionCircuito fotonico integradoCristal lıquido
2 Circuitos fotonicos integradosGuia OndasDispositivos Fotonicos
3 DisenoSimulacionIntegracion de LC en PICs
4 Fabricacion
5 LogrosInterruptor optico
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 2 / 40
¿Que es un circuito fotonico integrado (PICs)?
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 3 / 40
¿Que es un circuito fotonico integrado (PICs)?
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 4 / 40
¿Que es un circuito fotonico integrado (PICs)?
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 5 / 40
Cristal Lıquido
El cristal lıquido es un tipo especial de estado de agregacion de lamateria que tiene propiedades de las fases lıquida y solida.
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Cristal Lıquido
neff (θ) =
√n2
on2e
n2o sin2(θ) + n2
e cos2(θ)
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 6 / 40
Indice
1 IntroduccionCircuito fotonico integradoCristal lıquido
2 Circuitos fotonicos integradosGuia OndasDispositivos Fotonicos
3 DisenoSimulacionIntegracion de LC en PICs
4 Fabricacion
5 LogrosInterruptor optico
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Reflexion total interna (TIR)
θc = arcsinn2
n1
¡OJO! n1 > n2
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 8 / 40
Reflexion total interna (TIR)
θc = arcsinn2
n1
¡OJO! n1 > n2
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Condicion de fase
φ2 − φ1 = m · 2π, donde m = 0, 1, 2...
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Soluciones matematicas
Maxwell’s eqs.
∇× ~H = ~J + ∂~D
∂t
∇× ~E = −∂~B∂t
∇ · ~B = 0
∇ · ~D = ρ
+CondicionesContorno
⇒ Dos solucionesindependientes
Transversal Electrico (TE), i.e. paralelo al substrato
Transversal Magnetico(TM), i.e. perpendicular al substrato
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Modos
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Diferentes tipos de guıa de ondas
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Pasivos vs activos
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Pasivos vs activos
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 13 / 40
Elementos basicos
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Acoplador direccional
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Acoplador direccional
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 15 / 40
Acoplador direccionalLongitud de batido
Lb =λ
2(neven − nodd )=⇒ Leff =
2Lb
πsin−1
√K
0 ≤ K ≤ 1Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 16 / 40
Multi-mode interference(MMI)
Lπ =λ
2(n1 − n0)
Distancia a N auto-imagenes
L1xN =3
4
LπN
L2xN =LπN
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Multi-mode interference(MMI)
Lπ =λ
2(n1 − n0)
Distancia a N auto-imagenes
L1xN =3
4
LπN
L2xN =LπN
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 17 / 40
Multi-mode interference(MMI)
Lπ =λ
2(n1 − n0)
Distancia a N auto-imagenes
L1xN =3
4
LπN
L2xN =LπN
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 17 / 40
Multi-mode interference(MMI)
Lπ =λ
2(n1 − n0)
Distancia a N auto-imagenes
L1xN =3
4
LπN
L2xN =LπN
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 17 / 40
MMI Field distribution
Electric Field distribution (LC no)
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MMI Field distribution
Electric Field distribution (LC ne)
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Mach-Zehnder Interferometer (MZI)
Pout = Pi (1 + cos(∆Φ)) = Pi (1 + cos(2π
λeffd))
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Mach-Zehnder Interferometer (MZI)
Pout = Pi (1 + cos(∆Φ)) = Pi (1 + cos(2π
λeffd))
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Anillo resonador
Filtro por anillo resonador
λres = neff2πR
m
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Anillo resonador
Filtro por anillo resonador
λres = neff2πR
m
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 20 / 40
Diferentes plataformas
Polımero SOI InPTamano WG 0.5-8 [µm] 0.2-0.5 [µm] 0.8-2 [µm]
Longitudes de onda VIS & NIR NIR NIRPerdidas <1dB/cm <3dB/cm <4dB/cm
Elementos activos Si No SiPrecio Muy economico Electronica Caro
Flexible Si No No
Integracion electronica Organica Si No
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Indice
1 IntroduccionCircuito fotonico integradoCristal lıquido
2 Circuitos fotonicos integradosGuia OndasDispositivos Fotonicos
3 DisenoSimulacionIntegracion de LC en PICs
4 Fabricacion
5 LogrosInterruptor optico
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 22 / 40
Pasos para el diseno
¿Que se necesita para fabricar un PIC?
1 Conocer el tamano del sustrato.
2 Escoger el tamano del chip.
3 Simular los componentes.
4 Disenar los diferentes chips.
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Simulacion FEFD
La simulacion se utiliza para optimizar los parametros analıticos.
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Simulacion FEFD
La simulacion se utiliza para optimizar los parametros analıticos.
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 24 / 40
Simulacion FEFD
La simulacion se utiliza para optimizar los parametros analıticos.
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 24 / 40
Diseno de la mascara
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Diseno de la mascara
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LC + PICs
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Indice
1 IntroduccionCircuito fotonico integradoCristal lıquido
2 Circuitos fotonicos integradosGuia OndasDispositivos Fotonicos
3 DisenoSimulacionIntegracion de LC en PICs
4 Fabricacion
5 LogrosInterruptor optico
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 27 / 40
Proceso de fabricacion
1 Preparacion del sustrato.
2 Deposicion de la cubierta.
3 Curado y endurecimiento de la cubierta.
4 Deposicion del nucleo.5 Curado del nucleo.
I Fotolitografıa.I Direct write lithography (DWL).I Nano imprint lithography (NIL).
6 Revelado.
7 Endurecimiento del nucleo.
8 Deposicion de la cubierta.
9 Curado y endurecimiento de la cubierta.
10 Cortado de los chips.
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Proceso de fabricacionPreparacion del sustrato
Cortado(Tiempo dependiente de lacantidad de cortes)
I A manoI Cortadora automatica
Lavado(∼45min)
Secado(30min)
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Proceso de fabricacionDeposicion, curado y endurecimiento de la cubierta
Spinneado(0.5-1 min por muestra)
Curado(0.5-5 min)
Endurecimiento(0-180 min)
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 30 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Fotolitografıa
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 31 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Direct write lithography
(10min-24h)
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 32 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Direct write lithography
(10min-24h)
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 32 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Nano imprint lithography
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 33 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Nano imprint lithography
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 33 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Fotolitografıa
∼1µm
DWL
∼1µm
NIL
∼8nm
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 34 / 40
Proceso de fabricacionDeposicion, curado y revelado del nucleo
Fotolitografıa
∼1µm
DWL
∼1µm
NIL
∼8nm
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Proceso de fabricacionEjemplo de MMI
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Proceso de fabricacionCortado de chips
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 36 / 40
Proceso de fabricacion
Tiempos de trabajo
Proceso Tiempo estimado [min]Preparacion del sustrato 80Deposicion de la cubierta 1
Curado y endurecimiento de la cubierta 10-180Deposicion del nucleo 1
Curado del nucleo 0.5-1440Revelado 1 - 3
Endurecimiento del nucleo 0-180Deposicion de la cubierta 1
Curado y endurecimiento de la cubierta 10-180Cortado de los chips 10
Total 114.5-2076
Desde 2h hasta 1 dıa y 11h
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Proceso de fabricacion
Tiempos de trabajo
Proceso Tiempo estimado [min]Preparacion del sustrato 80Deposicion de la cubierta 1
Curado y endurecimiento de la cubierta 10-180Deposicion del nucleo 1
Curado del nucleo 0.5-1440Revelado 1 - 3
Endurecimiento del nucleo 0-180Deposicion de la cubierta 1
Curado y endurecimiento de la cubierta 10-180Cortado de los chips 10
Total 114.5-2076
Desde 2h hasta 1 dıa y 11h
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 37 / 40
Acoplo de luz
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 38 / 40
Indice
1 IntroduccionCircuito fotonico integradoCristal lıquido
2 Circuitos fotonicos integradosGuia OndasDispositivos Fotonicos
3 DisenoSimulacionIntegracion de LC en PICs
4 Fabricacion
5 LogrosInterruptor optico
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 39 / 40
Interruptor
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 40 / 40
Interruptor
Manuel Cano-Garcıa (CEMDATIC) Fabricacion de guia de ondas polimericas Septiembre 2017 40 / 40