Wafer-große Silizium-photonische Schalter jenseits der Die-Größenbeschränkung

Schnelle optische Schalter wurden als vielversprechende Alternative vorgeschlagen, um eine kontinuierliche Skalierung von Rechenzentren mit zunehmender Größe und Datenraten zu ermöglichen. Silizium-Photonik ist eine überzeugende Plattform für groß angelegte integrierte photonische Schalter, die fortschrittliche Fertigungsbetriebe für elektronische integrierte Schaltungen nutzen. In den letzten zehn Jahren hat sich die Portanzahl der silizium-photonischen Schalter stetig auf 128×128 erhöht. Eine weitere Skalierung des Schalters ist durch die maximale Maskengröße (2–3 cm) von Lithografiewerkzeugen eingeschränkt. Hier schlagen wir vor, die Wafer-Skalierung zu nutzen, um die Die-Größenbeschränkung zu überwinden. Als Machbarkeitsnachweis haben wir einen 240×240-Schalter hergestellt, indem wir lithografisch ein 3×3-Array identischer 80×80-Schalterblöcke über Masken-Grenzen hinweg zusammengenäht haben. Der Stitching-Verlust wird erheblich verringert (0,004 dB), indem die Wellenleiterbreite auf 10 μm verjüngt wird. Der hergestellte Schalter auf einem 4 cm×4 cm-Chip weist einen maximalen On-Chip-Verlust von 9,8 dB, ein ON/OFF-Verhältnis von 70 dB und Schaltzeiten von weniger als 400 ns auf. Nach unserem Wissen ist dies der größte jemals berichtete integrierte photonische Schalter. Das Verhältnis von Verlust zur Portanzahl (0,04 dB/Port) ist ebenfalls das niedrigste.