2010 Fiscal Year Annual Research Report
グラフォアセンブリーによる三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ
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21226009
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小柳 光正 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (60205531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 徹 東北大学, 大学院・医工学研究科, 教授 (40417382)
三浦 英生 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90361112)
羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893)
福島 誉史 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (10374969)
裴 艶麗 東北大学, 国際高等研究教育機構, 助教 (70451622)
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| Keywords | セルフアセンブリー / 三次元集積化 / 光電子集積化 / スーパーチップ / シリコン貫通配線 |
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| Research Abstract |
本年度は、前年度に引き続き、三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ実現の鍵となるグラフォアセンブリー技術、シリコン貫通配線、シリコン貫通光インターコネクション、シリコンフォトニクス・デバイスなどの要素技術について研究した。グラフォアセンブリー技術に関しては、グラフォアセンブリーによる接合後の金属マイクロバンプ電極間の抵抗を下げることと再現性の向上を目指して、接合時に荷重を印加しながら熱処理する手法について検討し、マイクロバンプ電極間抵抗の低減と再現性の向上に成功した。また、三次元実装構造内の局所熱応力・変形を支配する構造・材料因子を定量的に明らかにし,低応力高信頼実装構造設計指針を確立した。更に,三次元積層構造内の微細バンプ接続信頼性検査システムを提案・試作し有効性を実証した。シリコン貫通光インターコネクションに関しては、前年度作製した光TSV(TSPV=Through Si Photonic Via)の寸法を縮小することを検討し、前年度の断面寸法45μm×45μmを10μm×10μmまで縮小することに成功した。また、クラッド層の効果を評価するために、クラッド層厚を1μm～10μmと変化させて光信号の伝搬特性を評価し、良好に導波されることを確認した。更に、シミュレーションにより、TSPVの直径をどこまで小さくできるかについて検討し、直径0.5μmの微細TSPVでも良好に光が導波されることを明らかにした。電気TSVと光TSV(TSPV)を同時に形成する技術を開発し、それぞれのTSVの信号伝搬特性の評価も行った。シリコンフォトニクス・デバイスに関しては、シミュレーションにより、光グレーティングカップラと光変調器の最適設計を行った。光グレーティングカップラはTSPVを伝搬してきた垂直方向の光信号をチップ表面に形成した水平方向のSi光導波路へと結合するために用いるが、本年度は、グレーティングカップラのグレーティングの寸法やその上に設置するミラーとの距離などを最適化することによって、80%以上の結合効率が得られることを確認した。また、光変調器に関しては、Siをベースとしたp+-i-n+型構造を採用し、0.2以上の屈折率変化を実現するための光変調器長、自由キャリア密度を明確化した。
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