Параметры материала: Базисная модель PDK содержит информацию о свойствах используемых материалов – показатель преломления, коэффициент распределения потерь по длине волны и другие параметры.

Технологические правила: В базисном PDK указывается набор технологических правил для разработки фотонных микросхем. Это может быть минимальная ширина полоски, минимальное расстояние между компонентами и другие правила, обеспечивающие корректную работу устройства.

Базовые элементы: PDK содержит базовые элементы, такие как волоконные разъемы, гнезда для светоизлучателей и фотодетекторы. Эти элементы являются основой для создания более сложных структур на фотонной микросхеме.

Базисные модели PDK предоставляют инженерам-разработчикам необходимые инструменты для проектирования и оптимизации фотонных микросхем. Они позволяют смоделировать поведение устройств перед изготовлением реального прототипа, что помогает сэкономить время и ресурсы при разработке новых продуктов в области фотоники.

Символьная библиотека PDK включает символьную библиотеку, которая содержит графическое представление элементов фотонной микросхемы. Это позволяет разработчикам создавать схематические исходники и проводить верификацию функциональности устройства.

Она обычно включает в себя следующие элементы:

Символы: представляют каждый отдельный компонент или устройство на оптической микросхеме. Это может быть фотодетектор, фоторезистор, светодиод или другие оптические элементы. Символы обычно имеют графическое представление со специфическими символами и контактными площадками для подключения к другим компонентам.

Модели компонентов: Каждый символ в символьной библиотеке также имеет ассоциированную модель компонента, которая описывает его электрические и оптические характеристики. Модели могут быть созданы на основании экспериментальных данных или расчетов с использованием специализированных программ для моделирования физических процессов.

Параметры: В символьной библиотеке PDK также могут быть указаны параметры каждого компонента, такие как размеры, материалы и другие характеристики. Эти параметры необходимы для правильного размещения и связывания символов в схеме.

Символьная библиотека PDK облегчает процесс разработки оптических интегральных схем, предоставляя готовые символы и модели компонентов, которые можно использовать при создании собственных схем. Она позволяет инженерам быстро прототипировать и анализировать оптические системы на уровне дизайна перед фабрикацией реальной микросхемы.

Инструменты проектирования

PDK также может включать интегрированные инструменты для разработки фотонных микросхем, такие как программное обеспечение для моделирования электромагнитного поля или симуляции работы устройств.

Ниже приведены основные инструменты проектирования PDK для фотонных микросхем:

Моделирование среды: Эти инструменты позволяют создавать виртуальную среду для моделирования поведения света в материале на основе эффекта фотопроводимости. Они обеспечивают возможность оценивать характеристики передачи света через различные слои материала и оценивать потери.

Разработка линз: Для управления распространением световых лучей используются специализированные программы по разработке линз. Они позволяют оптимизировать форму и параметры линз для достижения требуемых результатов при переносе или изменении направления светового потока.

Моделирование электрических характеристик: Эти инструменты позволяют моделировать и анализировать электрические характеристики компонентов фотонных микросхем, таких как транзисторы или волоконные связи. Они помогают определить производительность устройства и его эффективность.

Верификация дизайна: Инструменты верификации используются для проверки правильности разработанного дизайна фотонной микросхемы с целью обнаружения ошибок или несоответствий требованиям проекта. Они проводят различные виды анализов, включая статическую и динамическую проверку соответствия правилам проектирования.

Симуляция светопропускания: Данные инструменты позволяют имитировать передачу света через фотонную микросхему с учетом всех параметров материалов и компонентов устройства. Это помогает предсказывать поведение системы при различных условиях эксплуатации и оптимизировать ее работоспособность.

Разработка лэйаута: Эти инструменты предоставляют средства для создания физического размещения компонентов на поверхности микросхемы. Они позволяют оптимизировать расположение и соединение элементов, чтобы минимизировать потери света и улучшить эффективность работы.

Интеграция с другими инструментами: PDK-системы также обеспечивают возможность интеграции с другими инструментами проектирования, например, программными пакетами для моделирования электрических цепей или виртуального прототипирования.

Использование всех этих инструментов проектирования PDK помогает разработчикам создавать фотонные микросхемы с высокой производительностью, точностью и надежностью. Они ускоряют процесс разработки и оптимизации устройств фотонной технологии, что является ключевым аспектом успеха в данной отрасли.

Далее опишем типовые элементы фотонной микросхемы и принципы их функционирования.

Фотонные микросхемы

интегральные схемы, основанные на использовании фотонных транзисторов и других оптических компонентов для передачи и обработки информации в виде света. Они представляют собой перспективную технологию, которая может быть использована для создания высокоскоростных и энергоэффективных оптических систем.

Основными принципами построения фотонных микросхем являются:

Интеграция фотонных транзисторов: Фотонные транзисторы играют ключевую роль в фотонной микроэлектронике. Они используются для управления потоком света через материал на основе эффекта фотопроводимости. Важно достичь наномасштабного размера активной области и обеспечить низкое потребление энергии.

Добавление оптических путей: Функциональность фотонной микросхемы может быть расширена путем добавления различных оптических элементов, таких как волноводы, сплиттеры, модуляторы и детекторы света. Это позволяет управлять и обрабатывать световой сигнал на различных этапах.

Интеграция электроники: Фотонные микросхемы часто содержат не только оптические компоненты, но и электронные элементы для контроля работы фотонных транзисторов. Это может включать усилители, резисторы, конденсаторы и другие компоненты, которые позволяют регулировать поток света.

Управление сигналами: Для обработки информации на фотонной микросхеме требуется разработка архитектуры управления сигналами. Это включает в себя создание логической системы для передачи данных через оптический интерфейс и принятие соответствующих действий на основе полученной информации.

Оптимизация производства: Построение фотонных микросхем также требует определенного подхода к проектированию и производству. Нанолитография и другие методы изготовления используются для создания наномасштабных структур и интегрированных цепей.

Фотонная микросхемы обычно состоят из нескольких слоев материалов с различными оптическими и электрическими свойствами.

Основные компоненты фотонной микросхемы включают:

Волноводы: Это тонкие слои материала, которые направляют свет по заданному пути на чипе. Волновод может быть выполнен из полупроводникового материала или других оптических материалов с высокой пропускной способностью для света.

Фоторезисторы: Это элементы, которые регистрируют интенсивность света и преобразуют его в электрический сигнал. Фоторезистор состоит из полупроводникового материала, который меняет свое сопротивление под действием освещения.

Фотодетекторы: Элементы, способные обнаруживать фотоны и генерировать соответствующий электрический сигнал. Фотодетектор может быть выполнен на основе полупроводниковых материалов, таких как кремний или индий-арсенид.