Кремниевая фотоника (Silicon Photonics, SiPh) — важнейшая технология, объединяющая оптические и электронные компоненты в одном кристалле. Сложность архитектуры таких микросхем требует специализированного оборудования для тестирования на уровне пластин, когда чип ещё не упакован.
Компания Eoulu разработала уникальную платформу F1 SiPh — компактную, интеллектуальную зондовую станцию с полным цифровым управлением, предназначенную для одновременного зондирования электронных и оптических элементов фотонных интегральных схем.
1. Задачи зондирования в кремниевой фотонике
SiPh-чипы тестируются по четырём основным типам соединений:
Каждому типу соответствует своя методика тестирования и набор требований к точности позиционирования, согласованию импеданса, спектральной чувствительности и др.
2. Ключевые технические сложности
SiPh-чипы тестируются по четырём основным типам соединений:
- E-E (электронный вход → электронный выход): логика, драйверы
- E-O (электронный → оптический): модуляторы, лазеры
- O-E (оптический → электронный): фотодетекторы
- O-O (оптический → оптический): фильтры, волноводы, резонаторы
Каждому типу соответствует своя методика тестирования и набор требований к точности позиционирования, согласованию импеданса, спектральной чувствительности и др.
2. Ключевые технические сложности
🔧 Проблемы при оптическом зондировании:
F1 SiPh решает эти задачи с помощью запатентованной архитектуры, гибридных систем совмещения, интеллектуального ПО и стабильной механики.
3. Платформа Eoulu F1 SiPh: технические преимущества
- Высокая чувствительность к микроперемещениям (допуск <0.5 μм)
- Совмещение оптики и электроники на ограниченной площади кристалла
- Необходимость автоматического выравнивания оптоволокна
- Влияние температуры и вибраций на стабильность сигнала
F1 SiPh решает эти задачи с помощью запатентованной архитектуры, гибридных систем совмещения, интеллектуального ПО и стабильной механики.
3. Платформа Eoulu F1 SiPh: технические преимущества
🧠 Архитектура управления:
- Полностью цифровое управление на базе futureC / futureD
- Технологии "Zero Error (C0)" и "Virtual Ruler" для компенсации неровностей
- Автоматическое создание карты пластин, координатная навигация
Также обеспечивается точность блокировки по XY до 0.02 μm, стабилизация по Z — 0.65 μm.
4. Оптическая система двустороннего совмещения: Double-Sided Fiber Alignment
В основе лежит гибридная система из энкодеров и пьезоприводов с 18 активными осями. Это обеспечивает позиционирование волокон с разрешением до 2.5 нм, а также быстрый поиск сигнала по мощности.
В основе лежит гибридная система из энкодеров и пьезоприводов с 18 активными осями. Это обеспечивает позиционирование волокон с разрешением до 2.5 нм, а также быстрый поиск сигнала по мощности.
5. AutoCal: автоматическая калибровка волокон
В комплекте с F1 SiPh поставляется SiPh AutoCal — программное обеспечение для калибровки:
- Поддержка hexapod, nanocube, array и fiber-калибровки
- Полностью автоматизированный цикл калибровки менее чем за 5 минут
- Не требует ёмкостного датчика
- Уменьшает требования к квалификации оператора
6. Термодержатель пластин (Chuck) и режимы тестирования
Для термостабилизации чака применяются жидкостные или воздушные термосистемы:
7. Примеры измеряемых компонентов
Ниже представлены основные типы фотонных устройств и методы, используемые для их измерения на стадии wafer-level:
AWG и MZI (решётки и интерферометры)
- Оптические потери (insertion loss, IL)
- Отражение (return loss, RL)
- Спектр передачи
Метод измерения:
Используется анализатор спектра оптического излучения (OSA) в связке с лазерным сканером. Это позволяет сканировать длины волн и строить спектральную характеристику устройства.
Фотодетекторы
Используется анализатор спектра оптического излучения (OSA) в связке с лазерным сканером. Это позволяет сканировать длины волн и строить спектральную характеристику устройства.
Фотодетекторы
- Темновой ток (dark current)
- Чувствительность
Метод измерения:
Применяется SMU (Source Measure Unit) для подачи напряжения и регистрации тока, при этом оптический сигнал подаётся через выровненное волокно. Результаты позволяют оценить уровень фона и отклик на заданную мощность.
Модуляторы (например, MZM)
Метод измерения:
Используется RF-генератор и оптический тракт. При подаче высокочастотного сигнала анализируется амплитудная характеристика выходного света и его подавление. Результаты позволяют охарактеризовать быстродействие устройства.
Резонаторы (например, кольцевые — MRR)
Метод измерения:
Производится спектральное автосканирование с высоким разрешением, позволяющее точно определить узкие резонансные пики и вычислить добротность.
Лазеры
Метод измерения:
Источник питания подаёт ток, а OSA анализирует спектр и мощность излучения. Можно отследить перемещение спектра в зависимости от нагрева и оценить поведение на различных токах.
Фильтры (например, AWG, MZI-фильтры, Bragg)
Метод измерения:
Выполняется многоканальный оптический анализ, позволяющий одновременно регистрировать несколько выходов фильтра. Это необходимо для систем с демультиплексорами и спектральными решётками.
Применяется SMU (Source Measure Unit) для подачи напряжения и регистрации тока, при этом оптический сигнал подаётся через выровненное волокно. Результаты позволяют оценить уровень фона и отклик на заданную мощность.
Модуляторы (например, MZM)
- Напряжение π (Vπ)
- Extinction Ratio (глубина модуляции)
- Скорость переключения
Метод измерения:
Используется RF-генератор и оптический тракт. При подаче высокочастотного сигнала анализируется амплитудная характеристика выходного света и его подавление. Результаты позволяют охарактеризовать быстродействие устройства.
Резонаторы (например, кольцевые — MRR)
- Качество резонанса (Q-фактор)
- Центральная длина волны резонанса
Метод измерения:
Производится спектральное автосканирование с высоким разрешением, позволяющее точно определить узкие резонансные пики и вычислить добротность.
Лазеры
- Спектр генерации
- Оптическая мощность
- Температурная стабильность
Метод измерения:
Источник питания подаёт ток, а OSA анализирует спектр и мощность излучения. Можно отследить перемещение спектра в зависимости от нагрева и оценить поведение на различных токах.
Фильтры (например, AWG, MZI-фильтры, Bragg)
- Проницаемость (transmission)
- Изоляция между каналами
Метод измерения:
Выполняется многоканальный оптический анализ, позволяющий одновременно регистрировать несколько выходов фильтра. Это необходимо для систем с демультиплексорами и спектральными решётками.
8. Специализированные аксессуары F1 SiPh
9. Программное обеспечение и интеграция
- futureC — управление движением, зондированием, измерительным циклом
- futureD — сбор и визуализация массивов данных, статистика по кристаллам
- futureI — интерфейс оператора, автофокус, двухточечная настройка, AutoZ
- Интеграция с внешними устройствами: OSA, SMU, VNA, лазеры, контроллеры
✅ Поддержка TCP/IP, SCPI, GPIB, LabVIEW, Python API
10. Заключение
Станция Eoulu F1 SiPh — это инновационная, компактная и высокоточная платформа для измерений кремниевой фотоники на уровне пластины.
Она объединяет:
Для российских компаний, работающих в сферах телеком, фотоники, квантовой оптики и микроэлектроники, F1 SiPh открывает возможности мирового уровня в рамках собственной производственной и исследовательской инфраструктуры.
- Мехатронику с нанометровой точностью
- Автоматическую калибровку положения волокон
- Расширенные температурные режимы
- Интеграцию с современными измерительными системами
Для российских компаний, работающих в сферах телеком, фотоники, квантовой оптики и микроэлектроники, F1 SiPh открывает возможности мирового уровня в рамках собственной производственной и исследовательской инфраструктуры.
