基于軟光刻的短距離光互連研究.pdf

1、最近，處理器速度和處理能力的迅速發(fā)展，顯著提高了模塊、線路板、背板和機(jī)柜之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。在先進(jìn)的高性能計(jì)算系統(tǒng)、交互多媒體以及高速交換網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)超過了3 Gbps。同時(shí)，更高數(shù)據(jù)傳輸速率的需求，也導(dǎo)致芯片內(nèi)部和芯片間電互連方案的復(fù)雜度和成本日益增加。為了解決上述問題，世界上的主要研究機(jī)構(gòu)都在大力發(fā)展光互連作為替代銅線的可行方案。
　　 光學(xué)互連技術(shù)能提供更高的數(shù)據(jù)帶寬，擴(kuò)展的I/O密度，更低的串?dāng)_，并且

2、無電磁交擾現(xiàn)象，布線的重量和尺寸都能得到降低。然而，光電組件、模塊、連接器，以及用于短距離通訊(＜1m)傳輸介質(zhì)的相對(duì)高成本，都阻礙了光互連在先進(jìn)計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。作為全光互連的過渡階段，光電混合印刷電路板的研制，能夠在現(xiàn)階段充分利用已有的集成電子制造技術(shù)，又通過光互連在一定程度上提升了系統(tǒng)性能。但是如何將光層高效率低成本地集成到印刷電路板中也一直是研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
　　 本文在分析短距離光互連、尤其是基于高聚物波導(dǎo)的

3、光互連應(yīng)用于芯片間互連時(shí)所面臨的問題的基礎(chǔ)上，對(duì)單層光互連中光導(dǎo)層與光源/光接收器之間的端口耦合結(jié)構(gòu)、平面內(nèi)布線準(zhǔn)則，多層光互連中層間耦合結(jié)構(gòu)以及光互連用無源光器件等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，提出了切實(shí)可行的技術(shù)方案，并通過軟光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度低成本的互連線路與無源光器件的實(shí)物制作。本文主要在以下幾個(gè)方面取得創(chuàng)新性成果：
　　 (一)應(yīng)用軟光刻法作為短距離光互連的主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑，不僅提供簡(jiǎn)易、低成本、高質(zhì)量的互連線路制作方案，上

4、述方案及其成品均能很好地兼容于現(xiàn)有電互連系統(tǒng)。基于軟光刻成功試制出結(jié)構(gòu)緊湊型高聚物光功率分配器，也為光互連用無源光器件提供了低成本的量產(chǎn)解決方案。更重要的一點(diǎn)是，軟光刻結(jié)合微刻與拋光可以克服其他光刻膠制模法邊墻粗糙的問題，從而極大地降低了因邊墻粗糙引起的波導(dǎo)傳輸損耗，對(duì)低誤碼率短距離光互連是非常有利的；
　　 (二)設(shè)計(jì)并制作了由矩形波導(dǎo)，光束耦合適配段和端面反射器組成的一體化集成型端口耦合結(jié)構(gòu)，用于光互連中光導(dǎo)層與光源/光接收

5、器之間的無源耦合，并被證明該結(jié)構(gòu)具有較高的耦合效率和偏差冗余度；
　　 (三)在實(shí)驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上，研究了單層光互連線路中交叉和分叉節(jié)點(diǎn)的特性。對(duì)于不同橫截面矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在交叉布線時(shí)呈現(xiàn)串?dāng)_與交叉角度的相關(guān)性進(jìn)行了分析，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了比較。對(duì)于分叉節(jié)點(diǎn)找到了合適的零泄漏分又角度，并對(duì)多模波導(dǎo)在短距離應(yīng)用上的特性也進(jìn)行了深入研究，所得結(jié)果對(duì)將來光集成型印刷電路板，尤其是基于軟光刻技術(shù)的光互連結(jié)構(gòu)具有高程度的適用性；