Laser & Photonics Reviews最近發(fā)表的一篇文章展示了 IMEC 和 Graphenea 之間的成功合作，并將石墨烯集成到 CMOS 工藝中。這一突破實(shí)現(xiàn)了石墨烯器件的晶圓級(jí)集成和升級(jí)，是石墨烯旗艦工作包 10 （WP10） 的一部分，專注于“晶圓級(jí)集成”。

這篇科學(xué)論文討論了在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中使用石墨烯的潛力，以及證明其具有競(jìng)爭(zhēng)力的性能、可靠性和大規(guī)模制造途徑的必要性。研究人員使用單層石墨烯電吸收調(diào)制器作為測(cè)試工具，并將它們集成到 300mm 試點(diǎn) CMOS 鑄造環(huán)境中。

通過(guò)分析來(lái)自每個(gè)晶圓數(shù)百個(gè)器件的數(shù)據(jù)，他們確定并優(yōu)化了特定處理步驟對(duì)性能的影響。優(yōu)化后，他們展示了 50 dB/mm 的調(diào)制深度和高達(dá) 15.1 GHz 的電光帶寬，用于 25μm 長(zhǎng)的設(shè)備。這些結(jié)果是使用 CMOS 兼容工藝實(shí)現(xiàn)的，該工藝允許大批量、低成本制造。

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)工作解決了石墨烯晶圓級(jí)集成的瓶頸，并且CMOS兼容的處理使基于石墨烯的器件與同一芯片上的其他光子學(xué)和電子學(xué)構(gòu)建塊的協(xié)集成成為可能。

晶圓級(jí)石墨烯制造

研究人員對(duì)使用化學(xué)氣相沉積 （CVD） 生長(zhǎng)的 6 英寸石墨烯層進(jìn)行了處理，并使用 Graphenea 的專利轉(zhuǎn)移工藝轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶圓上。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用鑲嵌接觸和硬掩模光刻在石墨烯層上構(gòu)建晶圓級(jí)器件。

研究人員發(fā)現(xiàn)，影響最終器件調(diào)制深度（電光性能）的石墨烯質(zhì)量和電場(chǎng)均勻性都受到表面平整度的影響。為了提高平坦度，添加了均勻的覆蓋層，從而提高了器件產(chǎn)量。覆蓋層還減少了后續(xù)集成步驟對(duì)石墨烯層的影響。

此外，構(gòu)建鑲嵌接觸所涉及的時(shí)間延遲會(huì)影響電吸收調(diào)制器 （EAM） 的接觸電阻和 3dB 帶寬。通過(guò)優(yōu)化這三個(gè)關(guān)鍵工藝步驟并實(shí)施與 CMOS 兼容的專用集成方法，研究人員實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 95% 的器件良率，其損耗值、消光比和 3dB 帶寬可與之前僅在小得多的 CVD 石墨烯器件上展示的相媲美規(guī)模和實(shí)驗(yàn)室條件。

這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可以擴(kuò)展到開發(fā)一個(gè)復(fù)雜的基于石墨烯的光電器件庫(kù)，例如調(diào)制器、光電探測(cè)器和傳感器。研究人員的工作將支持基于石墨烯的光子器件的工業(yè)應(yīng)用，并為下一代數(shù)據(jù)通信和電信應(yīng)用鋪平道路。