Integrierte Photonik
Unsere photonische Plattform eröffnet neue Horizonte für die Entwicklung energieeffizienter Systeme. Gemeinsam gestalten wir die Zukunft der Technologie, indem wir Innovation und Kreativität vereinen. Wir erarbeiten photonische Lösungen für eine nachhaltige Welt!
Das Team des Fachgebiets Elektronische Bauelemente und Schaltungen (EBS) der Universität Duisburg-Essen (UDE) arbeitet gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) an der Entwicklung innovativer photonisch integrierter Schaltungen (PICs). Diese Zusammenarbeit verbindet die Expertise beider Institutionen, um zukunftsweisende Lösungen in der Photonik zu schaffen. An der EBS werden die grundlegenden Bausteine für die Schaltungsplattform simuliert und charakterisiert. Diese Arbeit bildet das Fundament für die Integration der Technologie am Fraunhofer IMS.
Die Forschungsschwerpunkte umfassen drei Hauptbereiche: Die Entwicklung energieeffizienter großskaliger Schaltungen, die den steigenden Anforderungen an Datenverarbeitung und -übertragung gerecht werden und komplexer Sensorsysteme. Zweitens die Erforschung nichtlinearer Materialien, die neue Möglichkeiten für komplexe optische Funktionen eröffnen. Drittens die Entwicklung quantenphotonischer Bauteile, die das Potenzial haben, die Quantenkommunikation und -informationsverarbeitung zu revolutionieren. Wir treiben die Grenzen der integrierten Photonik voran und legen den Grundstein für zukünftige Innovationen in diesem dynamischen Forschungsfeld.
Prof. Anna Lena Schall-Giesecke
Projekte
FouRiEr Domain ElectRIcal-to-optical Converter (FREDERIC)
Das Ziel dieses Projekts ist es, die Funktionalität eines neuartigen digitalen Elektronik-Photonik-Senderkonzepts, das die Eigenschaften der wohlbekannten Fourier-Transformation nutzt, zu demonstrieren. Dafür wird ein FD DAC (Fourier-domain digital-to-analog converter) mit einem Frequenzkamm kombiniert. Diese Kombination verspricht eine massive Parallelität der zu übertragenden Signale und zeitgleich eine Reduzierung der Anforderungen an die elektrischen Subsysteme.
Veröffentlichungen im Bereich der Integrierten Photonik
Westhues, M., Geruschke, T., Hauser, J., Burkard, R., Nesic, A., Schall-Giesecke, A.L. (2024). Highly Flexible Dielectric Platform for Post-CMOS Photonics. In: Witzens, J., Poon, J., Zimmermann, L., Freude, W. (eds) The 25th European Conference on Integrated Optics. ECIO 2024. Springer Proceedings in Physics, vol 402. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-63378-2_96
Ausstattung am Lehrstuhl
Messplatz Elektro-optische Charakterisierung photonischer Strukturen
Messmöglichkeiten:
- Seitenkopplung für vereinzelte PICs
- Bis zu 8"-Wafer mit Gitterkopplern unter Verwendung einzelner Fasern oder Faserarrays
Geräte und Komponenten:
- Durchstimmbare Laserquelle
(Wellenlängenbereich: 1510 nm – 1640 nm; Opt. Ausgangsleistung bis +7 dBm) - Erbium-dotierter Faserverstärker
(Wellenlängenbereich: 1525 nm – 1565 nm; Opt. Ausgangsleistung bis +15 dBm) - Fasergekoppelte Detektoren DC bis 22 GHz
- Laserquellen im sichtbaren Bereich
- Diverse aktive und passive Faserkomponenten (Modulatoren, Optische Schalter, faseroptische Koppler / Splitter, Faserarrays, ...)
Messplatz Elektro-optische Materialcharakterisierung
Messmöglichkeiten:
- Bestimmung der elektro-optischen Koeffizienten im Wellenlängenbereich von 1510 nm bis 1640 nm
Geräte und Komponenten:
- Polarimeter
- Soleil-Babinet Kompensator
- Lock-in-Verstärker
- Low-Noise Spannungs- und Stromverstärker
- Diverse optische Komponenten (Wellenplatten, Polarisations-Filter, Blenden, ...)
Design- und Simulations-Software
- Cadence Tools für das Design und die Simulation elektrischer Schaltungen und das Erstellen von Layouts
- COMSOL für die multiphysikalische Simulation
- Ansys Lumerical für den Entwurf und die Simulation photonischer Bauelemente und Schaltungen
- Synopsys TCAD für die Prozesssimulation und Prozessentwicklung
Ausstattung am Fraunhofer IMS
Die enge Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IMS ermöglicht uns Zugriff auf eine moderne Reinraum-Infrastruktur zur Fertigung photonischer Strukturen auf 200 mm Wafern, die mit einem 350 nm-Technologieknoten und 248 nm DUV-Lithografie gefertigt werden. Im Reinraum sind Prozesse für LPCVD- und PECVD-Silizium-Nitrid verfügbar, darunter auch eine Variante mit verbesserten Eigenschaften im sichtbaren Wellenlängenbereich, wodurch spezifische Anforderungen bedient werden können. Zusätzlich stehen ALD-Verfahren zur Abscheidung photonischer Materialien wie Tantalpentoxid sowie Sputteranlagen zur Abscheidung von Aluminiumnitrid zur Verfügung. Für beispielsweise die heterogene Integration von III-V-Halbleiterkomponenten existieren Planarisierungsoptionen, und die Entwicklung von Prozessabläufen zur direkten Integration photonischer Strukturen auf elektronische Schaltkreise befindet sich aktuell in Entwicklung. So können wir anwendungsspezifische Designs und Anforderungen flexibel und effizient umsetzen.
