Кремниевая фотоника

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:

• 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:

• 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

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.

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

• 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)

• 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.

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:

• 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.