| Аннотация |
В развитии современных радиоэлектронных и телекоммуникационных средств большое место занимает создание систем высокоскоростной передачи данных, СВЧ радарных и лидарных систем локации, медицинских систем, навигации и связи гражданского и военного назначения. В связи с принципиальными ограничениями традиционного подхода к построению таких систем (применение СВЧ полупроводниковых приборов и ИС) в настоящее время активно развивается другой подход, состоящий в создании и применении радиофотонных устройств и систем.
В частности, в передовых странах (США, Япония, страны ЕС и Южной Азии, Китай и др.) проводятся интенсивные исследования и уже началось производство методами микроэлектронных технологий радиофотонных интегральных схем (РФИС), в которых на одной полупроводниковой ИС (площадью в единицы мм2) объединяются как оптоэлектронные компоненты (лазер, фотодиод, модулятор, пассивные оптические элементы), так и электронные (СВЧ транзисторы и схемы, цифровые схемы и т.д.). Благодаря отсутствию паразитных параметров проволочных межсоединений и более короткому пути между оптоэлектронными и электронными устройствами такой подход позволяет значительно улучшить многие характеристики волоконно-оптических систем (быстродействие, полоса частот, габариты, вес, технологичность, надежность и др.).
Наиболее перспективными для изготовления интегрированных РФИС являются полупроводниковые технологии КМОП кремний-на-изоляторе (КМОП КНИ )и фосфид индия (InP). К преимуществам технологий на основе InP можно отнести высокие рабочие частоты единичного канала вплоть до 110 ГГц, возможность реализации лазерных диодов VCSEL и фотодиодов, низкие потери для оптического сигнала, но они сравнительно дороги. РФИС на основе КМОП КНИ и SiGe БиКМОП имеют более высокие оптические потери и меньшую широкополосность (десятки ГГц), но при намного меньшей стоимости; SiGe БиКМОП технологии позволяют также интегрировать Ge фотодиоды. Интеграция в рамках РФИС оптоэлектронных устройств совместно с электронными, а в перспективе и с цифровыми устройствами позволяет обеспечить рабочие частоты единичного канала передачи/приема вплоть до до 60 Гб/с на технологиях КМОП КНИ.
Перспективным подходом является также применение в РФИС, изготовленных по технологиям КНИ, КМОП и КНИ оптоэлектронных компонентов на основе тонкопленочного ниобата лития LiNbO3. Использование пленок ниобата лития на кремниевых подложках (технология LiNbO3/Si) может значительно упростить процесс изготовления различных оптоэлектронных компонентов, а также позволит внедрить их при производстве Si КМОП-структур, обеспечивая возможность производства дешевых интегрированных оптико-электронных систем с улучшенными характеристиками на едином кристалле.
Актуальность исследования и создания оптоэлектронных элементов и высокоинтегрированных РФИС на основе полупроводниковых технологий и на основе нелинейных кристаллов, а также оптоэлектронных модулей и систем на базе РФИС со скоростями от сотен мегабит до единиц терабит в секунду обусловлена тем, что указанные изделия позволят кардинально улучшить технические характеристики и функциональные возможности многих радиоэлектронных и телекоммуникационных средств как для ВВСТ, так и для гражданских перспективных рынков.
Целью проекта является проведение фундаментальных и прикладных научных исследований при создании оптоэлектронных, радиофотонных функциональных элементов и интегральных схем на базе полупроводниковых материалов: кремния (Si), кремний-германия (SiGе), фосфида индия (InP), арсенида галлия (GaAs), GaN (нитрида галлия) и нелинейных кристаллов: ниобата лития (LiNbO3), калий титанил фосфата (KTiOPO4) для последующего использования полученных результатов при разработке модулей высокоскоростной передачи данных, перспективных систем связи, радарных и лидарных систем обнаружения объектов, изделий медицинского назначения. Исследование и разработка моделей для физического и электрооптического моделирования, разработка технологических процессов и конструкций, изготовление и исследование экспериментальных образцов пассивных оптоэлектронных функциональных элементов: оптических планарных и гребенчатых волноводов, резонаторов, фильтров, дифракционных решеток, делителей, устройств ввода и вывода оптических сигналов, мультиплексоров/демультиплексоров и активных радиофотонных компонентов: модуляторов, генераторов, и фотодиодов на базе полупроводниковых материалов Si, SiGе, GaAs, InP, GaN и нелинейных кристаллов LiNbO3, KTiOPO4. Исследование и разработка методов проектирования конструкций, создание технологических процессов изготовления, исследование экспериментальных образцов радиофотонных интегральных схем (РФИС), объединяющих на одном кристалле оптоэлектронные и микроэлектронные (СВЧ транзисторы, усилители и т.д.) компоненты, на базе технологий Si КМОП, КНИ; InP HEMT GaAs p-Hemt, GaN/SiC HEMT, а также сочетания Si КМОП, КНИ с пленками LiNbO3/Si. Исследование и разработка моделей и создание технологических процессов изготовления адаптивных матричных зеркал, систем фокусировки и механооптических сенсоров на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС). Исследование и разработка методов и экспериментальных технологий корпусирования РФИС.
|
