Veeco und imec entwickeln einen 300-mm-kompatiblen Prozess, um die Integration von Bariumtitanat in Siliziumphotonik zu ermöglichen

Foto des Veeco 300-mm-Oxid-Systems für Hybrid-MBE-BTO auf Silizium-Epitaxie. / Photos of the Veeco 300mm oxide system for hybrid-MBE BTO on Silicon epitaxy.

Querschnittsbild einer TEM-Aufnahme der BaTiO3/SrTiO3/Si(001)-Heterostruktur mit Ausschnittsvergrößerungen mittels hochauflösender Mikroskopie und Rasterkraftmikroskopie. / Cross-sectional Transmission Electronic Microscopy image of the BaTiO3/SrTiO3/Si(001) heterostructure with high-resolution micrograph and atomic force micrograph images in inset.

Veeco Instruments Inc. (Nasdaq: VECO) und imec gaben bekannt, dass sie gemeinsam einen für die Massenproduktion geeigneten 300-mm-Prozess entwickelt haben, der die Integration von Bariumtitanat (BaTiO3 oder BTO) auf einer Silizium-Photonik-Plattform ermöglicht. BTO ist ein vielversprechendes Material mit einzigartigen elektrooptischen Eigenschaften, das für die schnelle und stromsparende Lichtmodulation in neuen Anwendungen wie Hochgeschwindigkeits-Optiktransceivern, Quantencomputern, Lichtdetektion und -entfernungsmessung (LiDAR) sowie AR/VR-Anwendungen eingesetzt werden kann. In der Vergangenheit hatten Ansätze zur Integration von BTO Schwierigkeiten, die gewünschten Kostenziele zu erreichen, um es für die Massenfertigung rentabel zu machen. Veeco hat nun sein erstes auf Molekularstrahlepitaxie (MBE) basierendes Clustersystem ausgeliefert, was einen bedeutenden Meilenstein in der Partnerschaft zwischen Veeco und imec und ihrem Engagement zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Silizium-Photonik-Plattformen darstellt. Die neue 300-mm-Plattform ist für die Epitaxie von BaTiO3-Einkristall-Dünnschichten auf Silizium ausgelegt und sowohl mit festen als auch mit hybriden Molekularstrahlepitaxie-Lösungen (MBE) erhältlich. Durch die Integration dieser alternativen Wachstumstechniken wird das System in der Lage sein, BTO-on-Si-Abscheidungen mit verbesserter Reproduzierbarkeit und zu geringeren Kosten als bei klassischen MBE-Verfahren durchzuführen.

Der Markt für optische Transceiver für die Datenkommunikation wird voraussichtlich von 2,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 13,1 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 wachsen. Um jedoch die Nachteile der aktuellen Siliziummodulator-Technologien, darunter hoher Stromverbrauch, Leistungsprobleme (Geschwindigkeit, Ansteuerungsspannung) und Platzbedarf, zu mindern, wird die Einführung neuartiger elektrooptischer Materialien wie BTO in die Siliziumphotonik von entscheidender Bedeutung sein. Derzeit gibt es keine kommerziell verfügbare, produktionskompatible Lösung für die Herstellung dieser Materialien. In Zusammenarbeit mit Veeco geht imec nun auf diesen Bedarf der Industrie ein und entwickelt skalierte Lösungen, die die Integration von Materialien wie BaTiO3 und SrTiO3 auf einer 300-mm-Siliziumplattform ermöglichen.

„Während der letzten vier Jahren haben imec und Veeco gemeinsam an der Entwicklung neuartiger Verfahren für BaTiO3-auf-Si gearbeitet und sowohl die Material- als auch die elektrooptischen Eigenschaften verglichen, um eine geeignete Strategie für die Weiterentwicklung großtechnischer Fertigungslösungen zu definieren“, erklärt Clement Merckling, wissenschaftlicher Direktor bei imec. „Mit der Einführung der ersten MBE-Lösung ihrer Art von Veeco erweitern wir unsere Fähigkeiten zur heterogenen Integration von elektrooptischen Materialien jenseits von Si und stärken unser F&E-Angebot für aktuelle und neue Partner, die an der Erforschung und Prototypentwicklung von Silizium-Photonik-Technologie der nächsten Generation interessiert sind“, fügt Joris Van Campenhout, imec Fellow und Optical I/O Program Director, hinzu.

„Diese Partnerschaft mit imec ist ein bedeutender Fortschritt für die MBE-Branche, die Datenkommunikation und die Quantencomputerproduktion“, erläutert Matthew Marek, Senior Director of Marketing für die MBE-Produktlinie von Veeco. „Bislang galt die MBE-Verarbeitung als langsam und teuer. Die neuen Hardware-Entwicklungen, die unser Team in Zusammenarbeit mit imec validiert hat, machen MBE jedoch zu einer wirtschaftlichen Lösung, die sich für Halbleiterfabriken eignet. Wir freuen uns über die Zusammenarbeit unserer beiden Unternehmen, um einen wiederholbaren BTO-Produktionsprozess für große Stückzahlen zu demonstrieren. Wir gehen davon aus, dass diese Bemühungen uns dabei helfen werden, unser gemeinsames Ziel zu erreichen, bahnbrechende Fortschritte bei BTO-Photonikmodulatoren für eine bessere und umweltfreundlichere Zukunft zu erzielen.“