Siliziumphotonik ist eine IC-Technologie, mit der Daten auf einem Chip mithilfe von Lichtsignalen und Lichtleitern übertragen werden. Diese Technologie eignet sich besonders gut für Applikationen mit hoher E/A-Bandbreite. Gleiches geschieht auch bei Biosensoren, Geräten der Medizindiagnostik und beim Umweltmonitoring. Unabhängig von der Applikation ist es daher notwendig, die photonischen ICs in elektronischen Schaltungen zu integrieren. Das aber bringt einige Herausforderungen für den Schaltungsdesigner mit sich. Die folgenden technischen Gesichtspunkte sollten bei einem photonischen IC (PIC) unbedingt beachtet werden, die im verlinkten Applikationsbericht zusammen mit weiteren präzisen Hinweisen beschrieben sind:
- Lichtquelle: Laser oder LED als externe Lichtquelle, die sich zunehmend auf einem IC befindet oder dort sogar integriert ist
- Lichtmodulation: Zum Schalten oder Modulieren der Datenströme auf dem optischen Träger
- Splitten, Koppeln und Kreuzen: Bei der Leitung des Lichtes werden diese Funktionen benötigt, um einen Teil der optischen Leistung für das Monitoring auszukoppeln
- Feststellung von Licht: Fotodioden reagieren auf Lichtstärke
- Wellenlängenfilterung: Zum Ausfiltern oder Kombinieren von spezifischen optischen Wellenlängen in einem Wellenleiter
Spezielles physikalisches Layout
Zu den weiteren Aspekten gehört das physikalische Layout des PIC, das sich vom elektronischen Layout unterscheidet. Die PICs haben zum Beispiel oft kurvenähnliche Formen, um den Anforderungen der Lichtleiter gerecht zu werden. Photonikdesigns benötigen auch spezielle Design Rule Checks (DRC), die sich aufgrund der kurvenförmigen Lichtpfade nicht ohne Weiteres implementieren lassen. Sehr schwierig ist hierbei die Layout-Versus-Schematic-Verifikation (LVS). Weiterhin ist zu bedenken, dass ohne volle elektromagnetische Simulation sich das Verhalten eines PIC-Layouts nicht komplett bestimmen lässt.
Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Variationen des Herstellungsprozesses. Der hohe Brechungsindexkontrast der Siliziumphotonik hält das Licht in einem kleinen Wellenleiterkern. Aber der effektive Brechungsindex hängt von der tatsächlichen Geometrie eines Querschnitts ab. Variationen im Nanobereich von einer kritischen Dimension bei 200 nm haben einen erheblichen Einfluss auf das optische Verhalten der Komponenten.
Volle Kontrolle über die Entwicklung
Damit PIC-Designer die volle Kontrolle über ihre Entwicklung behalten und sicherstellen können, dass die hergestellte Elektronikschaltung den Vorgaben entspricht, entwickelte Luceda Photonics das IPKISS.eda-Designsystem. Dieses System basiert auf dem L-Edit Layouteditor von Tanner, der sich nahtlos mit dem physikalischen Verifikationssystem Calibre One verbinden lässt. Die Layoutmöglichkeiten des L-Edit erlauben dem Designer in Kombination mit der IPKISS-Library, photonische Komponenten per Drag-and-Drop ins Layout einzubinden und sie per Wellenleiter entsprechend zu verbinden. Die IPKISS-Library enthält parametrisierte Photonikkomponenten und Prozessentwicklungskits. Nachträgliche Layouteffekte, wie Reflexionen und Dämpfungen durch Wellenleiterkreuzungen, werden während der Simulation berücksichtigt.
Whitepaper: 18_16.01.pdf
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