システムインパッケージにおける光配線導入のための３次元ポリマー細線技術の開発

开发用于在系统级封装中引入光布线的三维聚合物细线技术

• 批准号: 16J11581
• 负责人: コ シチン
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J11581/
• 关键词: システムインパッケージ; オンチップ光配線; 受光器; フォトニック結晶; 半導体; 光配線; 光検出器

近年、半導体に対する多機能化や高性能化に対する要求が高まり、1パッケージに高度なシステム機能を詰め込んだSiP (System in Package)が盛んに研究されている。SiPにおいて、重要なポイントは各コンポーネントにおける接続手法であり、全体の消費電力や速度を制限することから、適切な配線技術が望まれている。本研究では、電気配線でよく見られるような伝送遅延・電磁波干渉など問題を解決するため、SiP上光配線技術の導入を目指している。システムインパッケージ上光配線における指標として、「光源」「光伝送路」「受光素子」の一連の光コンポーネントをパッケージ上に構築し、fJ/bitの低消費電力で伝送を行うことが必須とされている。本研究の二年目の成果として、3次元ポリマー細線を用いる光伝送の研究に取り組む前に、一年目において設計したSiP上光配線に向けた小型・極低消費電力の半導体薄膜受光器の作製および評価を行った。その結果、ストライプ幅0.7 μm、吸収長30 μmの一般的導波路型素子において0.95 A/Wの受光感度が得られた。また、各素子の感度データをまとめることで、吸収長を10 μm程度まで短縮できることが分かった。つぎに、この素子の動特性評価を行い、バイアス電圧-3 Vにおいて3dB帯域13.3 GHzを得ると共に、20 Gbit/sの大信号測定を行い、平均受信電力-10 dBmにおいてビット誤り率 10-9以下の受光動作を実現した。以上の研究進捗状況から、素子長短縮による寄生容量の低減により、高負荷抵抗と接続するのみで電子回路の動作を保証するのに十分な電気信号が得られ、増幅回路を必要としないため消費電力の大幅低減が見込まれる。また、三次元ポリマー細線を用いて光源と低損失に接続することにより、SiP上極低消費電力信号伝送が実現できると見込まれる。

In recent years, semiconductor に す seaborne る function more や high-performance に す seaborne high ま る requirements が り, 1 パ ッ ケ ー ジ に highly な シ ス テ ム function を wall め 込 ん だ the SiP (System in Package) が sheng ん に research さ れ て い る. SiP に お い て, important な ポ イ ン ト は each コ ン ポ ー ネ ン ト に お け る meet 続 gimmick で あ り limitations, all の consumption power や speed を す る こ と か ら, appropriate な wiring technology が hope ま れ て い る. This study で は, electricity 気 wiring で よ く see ら れ る よ う な 伝 send 遅 delay, electromagnetic wave dry involved な ど を solve す る た め, SiP glazing wiring technology の import を refers し て い る. シ ス テ ム イ ン パ ッ ケ ー ジ glazing wiring に お け る index と し て, "light", "light 伝 road" son "by light element" の for の light コ ン ポ ー ネ ン ト を パ ッ ケ ー ジ に constructing し, fJ/bit の low consumption power で 伝 send line を う こ と が must と さ れ て い る. Mesh の の two years this research と し て, 3 dimensional ポ リ マ ー を thin lines with い る 伝 send light の research group take り に む に, a year before に お い て design し た SiP glazing wiring に to け た small, extremely low power consumption の semiconductor thin film by light apparatus の cropping お よ び review 価 を line っ た. そ の results, ス ト ラ イ プ picture 0.7 mu m, suck 収 30 microns long の general of guided wave type road son に お い て 0.95 A/W の が by light sensitivity to ら れ た. ま た, each element の sensitivity デ ー タ を ま と め る こ と で, suck 収 を 10 microns long degree ま で shortening で き る こ と が points か っ た. Son の つ ぎ に, こ の element dynamic characteristic evaluation 価 を い, バ イ ア ス electric 圧 - 3 V に お い て 3 db 帯 domain 13.3 GHz を must る と に, 20 Gbit/s の large signal line measurement を い, trusted power - an average of 10 dBm に お い て ビ ッ ト り error rate under 10 to 9 の by light action を be presently し た. Above study into 捗 の か ら, plain child length contraction に よ る の low parasitic capacity reduction に よ り, high load resistance と 続 す る の み で electronic circuit の action を guarantee す る の に very な electric 気 signal が must ら れ, rights of loop を necessary と し な い た め consumption power の sharply lower reduction が see 込 ま れ る. ま た, three dimensional ポ リ マ ー を thin lines with い て source と low loss に meet 続 す る こ と に よ り, extremely low power consumption on the SiP signal 伝 が be presently で き る と see 込 ま れ る.

项目成果

スローライト効果を用いた半導体薄膜光検出器の周波数帯域の検討

利用慢光效应的半导体薄膜光电探测器频段研究

• 发表时间: 2016
• 作者: コシチン;井上大輔;平谷拓生;雨宮智宏;西山伸彦;荒井滋久
• 通讯作者: 荒井滋久

Study of Slow-light-enhanced Membrane Photodetector for Realizing On-chip Interconnection with Low Power Consumption

低功耗片上互连的慢光增强薄膜光电探测器研究

• DOI: 10.1364/josab.34.000440
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Optical Society of America
• 作者: Zhichen Gu;Takuo Hiratani;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;Shigehisa Arai
• 通讯作者: Shigehisa Arai

20 Gbps operation of membrane-based GaInAs/InP waveguide-type p?i?n photodiode bonded on Si substrate

接合在 Si 基板上的膜基 GaInAs/InP 波导型 p?in?n 光电二极管的 20 Gbps 运行

• DOI: 10.7567/apex.11.022102
• 发表时间: 2018
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Zhichen Gu;Daisuke Inoue;Tomohiro Amemiya;Nobuhiko Nishiyama;Shigehisa Arai
• 通讯作者: Shigehisa Arai

Si上GaInAs/InP p-i-n 薄膜光検出器の感度特性の評価

Si 上 GaInAs/InP p-i-n 薄膜光电探测器灵敏度特性评估

• 发表时间: 2017
• 作者: Zhang;H.;Matsuda;T.;Fujiwara;T.;Kawaike;K. and Sassa;K.;Zhichen Gu
• 通讯作者: Zhichen Gu

Si基板上オンチップ光配線に向けたInP系メンブレン光検出器の設計

用于Si衬底上片上光布线的InP基薄膜光电探测器的设计

• 发表时间: 2017
• 作者: コシチン;平谷拓生;雨宮智宏;西山伸彦;荒井滋久
• 通讯作者: 荒井滋久