arXiv 2310.044092023-10physics.opticsphysics.app-ph

标准CMOS技术中的金属光学纳米光子调制器

Metal-Optic Nanophotonic Modulators in Standard CMOS Technology

Mohamed ElKabbash, Sivan Trajtenberg-Mills, Isaac Harris, Saumil Bandyopadhyay, Mohamed I Ibrahim, Archer Wang, Xibi Chen, Cole Brabec, Hasan Z. Yildiz, Ruonan Han, Dirk Englund

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AI总结：

提出一种无晶圆厂方法，通过协同设计CMOS后端金属层实现有源纳米光子学，在65nm工艺中制造出比商业技术快100倍的等离子体液晶调制器，推动芯片级光通信与显示应用。

摘要：

将纳米光子学与电子学相结合有望带来革命性的应用，从激光雷达（LiDAR）到全息显示。尽管硅光子学正日趋成熟，但在普遍使用的体硅CMOS工艺中实现有源纳米光子学仍具挑战。我们提出一种无晶圆厂（fabless）方法，通过协同设计后端金属层以实现光学功能，从而将有源纳米光子学嵌入体硅CMOS。利用65nm CMOS工艺，我们制造了等离子体液晶调制器，其开关速度比商业技术快100倍。这种零改动（zero-change）纳米光子学方法可为大规模生产的芯片配备光通信、传感和成像功能。将纳米光子学嵌入主导电子平台，使纳米制造民主化，催生从芯片级激光雷达到全息光场显示等技术。

英文摘要：

Integrating nanophotonics with electronics promises revolutionary applications, from LiDAR to holographic displays. Although silicon photonics is maturing, realizing active nanophotonics in the ubiquitous bulk CMOS processes remains challenging. We introduce a fabless approach to embed active nanophotonics in bulk CMOS by co-designing the back-end-of-line metal layers for optical functionality. Using a 65nm CMOS process, we create plasmonic liquid crystal modulators with switching speeds 100x faster than commercial technologies. This zero-change nanophotonics method could equip mass-produced chips with optical communications, sensing and imaging. Embedding nanophotonics in the dominant electronics platform democratizes nanofabrication, spawning technologies from chip-scale LiDAR to holographic light-field displays.

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