Перспективные оптические и электронные межсоединения элементов интегральных микросхем

Обобщены результаты научных исследований, выполненных в научных подразделениях кафедры микро- и наноэлектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники в области разработки перспективных оптических и электронных внутричиповых и межчиповых соединений элементов кремниевых интегральных микросхем. Представлены примеры использования наноструктурированных материалов для предложенных, интегрированных с монокристаллическим кремнием, источников и детекторов света (Si), а также волноводов (Al₂O₃/TiO₂). Развита и опробована стратегия применения межчиповых вставок – интерпозеров – для обеспечения оптических и электронных соединений в объемных (2,5D и 3D) сборках кристаллов интегральных микросхем. Приведены результаты поиска новых материалов и структур для источников света, волноводов, оптически прозрачных проводников и защиты от СВЧ-излучения.

1. Canham, L.T. Silicon Quantum Wire Array Fabricaiton by Electrochemical Dissolution of Wafers / L. T. Canham // Applied Physics Letters. 1990. Vol. 57, No 10. P. 1046–1048.

2. Visible Electroluminescence from Al-Porous Silicon Reverse Bias Diodes Formed on the Base of Degenerate N-Type Silicon / S. Lazarouk [et al.] // MRS Online Proceedings Library. 1994. Vol. 358. P. 659–664.

3. Stable Electroluminescence from Reverse Biased N-Type Porous Silicon-Aluminum Schottky Junction Device / S. Lazarouk [et al.] // Applied Physics Letters. 1996. Vol. 68. P. 2108–2110.

4. Electroluminescence from Aluminum-Porous Silicon Reverse Bias Schottky Diodes Formed on the Base of Highly Doped N-Type Polysilicon / S. Lazarouk [et al.] // Thin Solid Films. 1996. Vol. 276. P. 296–298.

5. Hirschman, K. D. Silicon-Based Visible Light-Emitting Devices Integrated into Microelectronic Circuits / K. D. Hirschman, L. Tsybeskov, S. P. Duttagupta // Nature. 1996. Vol. 384. P. 338–341.

6. Miller, A. B. Silicon Integrated Circuits Shine / A. B. Miller // Nature. 1996. Vol. 384. P. 307–308.

7. Avalanche Porous Silicon Light Emitting Diodes for Optical Intra-Chip Interconnects / S. Lazarouk [et al.] // Microelectronics, Microsystems and Nanotechnology. World Scientific. 2001. P. 41–44. http://dx.doi.org/10.1142/9789812810861_0009.

8. Эффективность лавинных светодиодов на основе пористого кремния / C. K. Лазарук [и др.] // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39, № 1. С. 149–152. http://dx.doi.org/10.1134/1.1852663.

9. Лавинные светодиоды на основе наноструктурированного кремния для оптических межсоединений / Ле Динь Ви [и др.] // Доклады БГУИР. 2020. Т. 18, № 3. С. 63–71. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2020-18-3-63-71.

10. Si-Based Optoelectronic Couple / P. Jaguiro [et al.] // Physica E. 2009. Vol. 41. P. 1094–1096.

11. 3D Silicon Photonic Structures Based on Avalanche LED with Interconnections through Optical Interposer / S. K. Lazarouk [et al.] // International Journal of Nanoscience. 2019. Vol. 18. http://dx.doi.org/10.1142/S0219581X1940091X.

12. Фоточувствительные свойства лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния / C. K. Лазарук [и др.] // Опто, микро- и СВЧ-электроника. 2022. С. 175–185.

13. Влияние анодного оксида алюминия, используемого в качестве разделительного диэлектрика кремниевых лавинных светодиодов, на их характеристики / Ле Динь Ви [и др.] // Доклады БГУИР. 2019. № 7–8. С. 165–172.

14. Формирование пористого оксида алюминия с трубчатой структурой в различных электролитах / C. K. Лазарук [и др.] // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр. В 2 т. Минск: Физ-техн. ин-т Нац. акад. наук Беларуси, 2022. Т. 1. Материаловедение. С. 163–172.

15. Effect of Flattened Surface Morphology of Anodized Aluminum Oxide Templates on the Magnetic Properties of Nanoporous Co/Pt and Co/Pd Thin Multilayered Films / T. N. Anh Nguyen [et al.] // Applied Surface Science. 2018. Vol. 427. P. 649–655.

16. Enhanced Perpendicular Exchange Bias in Co/Pd Antidot Arrays / T. N. Anh Nguyen [et al.] // Journal of Electronic Materials. 2019. Vol. 48, No 3. P. 1492–1497.

17. Complex Magnetic Ordering in Nanoporous [Co/Pd]5-IrMn Multilayers with Perpendicular Magnetic Anisotropy and its Impact on Magnetization Reversal and Magnetoresistance / W. Wu [et al.] // J. Appl. Phys. 2020. Vol. 22, No 6. P. 3661–3674. http://dx.doi.org/10.1039/C9CP05947D.

18. Correlation of Magnetic and Magnetoresistive Properties of Nanoporous Co/Pd Thin Multilayers Fabricated on Anodized TiO2 Templates / T. N. A. Nguyen [et al.] // Scientific Reports. 2020. Vol. 10.

19. Influence of Interfacial Magnetic Ordering and Field-Cooling Effect on Perpendicular Exchange Bias and Magnetoresistance in Nanoporous IrMn/[Co/Pd] Films / W. Wu [et al.] // J. Appl. Phys. 2020. Vol. 127.

20. Синтез легированного кислородом графитоподобного нитрида углерода из тиомочевины / Н. М. Денисов [и др.] // Письма в журнал технической физики. 2019. Т. 45, вып. 3. С. 49–51.

21. Structural and Photoluminescence Properties of Graphite-Like Carbon Nitride / A. V. Baglov [et al.] // Semiconductors. 2020. Vol. 54, No 2. P. 228–232.

22. Recovery Behavior of the Luminescence Peak from Graphitic Carbon Nitride as a Function of the Synthesis Temperature / E. B. Chubenko [et al.] // Cryst. Res. Technol. 2020. Vol. 55, Iss. 3.

23. Chubenko, E. B. One-Step Synthesis of Visible Range Luminescent Multicomponent Semiconductor Composites Based on Graphitic Carbon Nitride / E. B. Chubenko, A. V. Baglov, V. E. Borisenko // Advanced Photonics Research. 2020. Vol. 1.

24. Structure of Photoluminescence Spectra of Oxygen-Doped Graphitic Carbon Nitride / E. B. Chubenko [et al.] // J. Appl. Spectrosc. 2020. Vol. 87, No 1. P. 9–14.

25. Broad Band Photoluminescence of g-C3N4/ZnO/ZnS Composite Towards White Light Source / E. B. Chubenko [et al.] // Mater. Sci. Eng. B. 2021. Vol. 267.

26. Synthesis of Graphitic Carbon Nitride in Porous Silica Glass / E. B. Chubenko [et al.] // Int. J. Nanosci. 2019. Vol. 18, No 3–4.

27. Chemical Vapor Deposition of 2D Crystallized g-C3N4 Layered Films / E. B. Chubenko [et al.] // J. Phys. Chem. 2022. Vol. 126, No 9. P. 4710–4714.

28. Rapid Chemical Vapor Deposition of Graphitic Carbon Nitride Films / E. B. Chubenko [et al.] // Materialia. 2023. Vol. 28.

29. Янушкевич, К. О. Формирование и оптические свойства осажденного электрохимическим методом легированного никелем оксида цинка / К. О. Янушкевич, Е. Б. Чубенко, В. Е. Борисенко // Доклады БГУИР. 2020. Т. 18, № 2. С. 37–44. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2020-18-2-37-44.

30. Формирование электрохимическим методом композитных материалов на основе оксида цинка и меди / Н. М. Ткачёнок, Е. Б. Чубенко, В. П. Бондаренко // Доклады БГУИР. 2020. Т. 18, № 5. С. 17–25. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2020-18-5-17-25.

31. Optical Properties of Hydrothermally Deposited Ni and Co Doped Nanostructured ZnO Thin Films as Scintillating Coatings for Beta-Particles Detection / E. B. Chubenko [et al.] // J. Lumin. 2022. Vol. 247.

32. Enhanced Luminescence of Europium in Sol-Gel Derived BaTiO3/SiO2 Multilayer Cavity Structure / N. V. Gaponenko [et al.] // Optical Materials. 2019. Vol. 96.

33. Optical Properties and Upconversion Luminescence of BaTiO3 Xerogel Structures Doped with Erbium and Ytterbium / E. I. Lashkovskaya [et al.] // Gels. 2022. Vol. 8. http://dx.doi.org/10.3390/gels8060347.

34. Upconversion Luminescence from Sol-Gel-Derived Erbium- and Ytterbium-Doped BaTiO3 Film Structures and the Target Form / N. V. Gaponenko [et al.] // Photonics. 2023. Vol. 10, No 4.

35. Оптические свойства прозрачных проводящих покрытий на основе алюминиевой решетки, встроенной в анодный оксид алюминия / С. К. Лазарук [и др.] // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр. В 2 кн. Минск: Физ.-техн. ин-т Нац. акад. наук Беларуси, 2023. Кн. 1: Материаловедение. С. 168–176.

36. Conductive CaSi2 Transparent in the Near Infra-Red Range / N. G. Galkin [et al.] // J. Alloys and Compounds. 2019. Vol. 770, No 2. P. 710–720.

37. Ca Silicide Films-Promising Materials for Silicon Optoelectronics / N. G. Galkin [et al.] // Jpn. J. Appl. Phys. 2023. Vol. 62.

38. Migas, D. B. Effects of Bipolarons on Oxidation States, and the Electronic and Optical Properties of W18O49 / D. B. Migas, A. B. Filonov, N. V. Skorodumova // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. Vol. 23.

39. Быстрые экзотермические процессы в пористом кремнии / С. К. Лазарук [и др.] // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39, вып. 8. С. 917–919.

40. Использование процессов горения и взрыва наноструктурированного пористого кремния в микросистемных устройствах / С. К. Лазарук [и др.] // Физика и техника полупроводников. 2007. Т. 39. С. 1130–1134.

41. 10 Breakthrough Technologies [Electronic Resource] // MIT Technology Review. Mode of access: https://www.technologyreview.com/2024/01/08/1085094/10-breakthrough-technologies-2024/#chiplets. Date of access: 23.01.2024.

42. Method of Making Multilevel Interconnections of Electronic Parts: United States Patent No 5,880,021 / V. A. Labunov [et al.]. March 9, 1999.

43. Электрохимическое заполнение TSv-отверстий на реверсированном токе / Л. К. Кушнер [и др.] // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. INTERMATIC-2018. 2018. Т. 18, № 1. С. 179–182.

44. Lazarouk, S. K. High Field Porous Anodization of Aluminium Films with a Photolithographic Mask / S. K. Lazarouk // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. 2013. P. 355–358.

45. Self-Powered Acoustic Sensor Based on Triboelectric Nanogenerator for Smart / Y. Li [et al.] // Acoustics Australia. 2022. Vol. 50. P. 383–391. http://dx.doi.org/10.1007/s40857-022-00275-4.

46. A Micro-Airflow Sensor Sustem Enabled by Triboelectric Nano-Generator for Lab Safety and Human-Computer Interaction / X. Wang [et al.] // IEEE Sensors Journal. 2024. http://dx.doi.org/10.1109/JSEN.2024.3350707.

47. A Highly Sensitive Silicon Nanowire Array Sensor for Joint Detection of Tumor Markers CEA and AFP / K. Lu [et al.] // Biomaterials Science. 2022. Vol. 10, No 14. P. 3823–3830.

48. A Supersensitive Silicon Nanowire Array Biosensor for Quantitating Tumor Marker ctDNA / L. Dujuan [et al.] // Biosensors and Bioelectronics. 2021. Vol. 181.

49. Spatially Ordered Matrix of Nanostructured Tin-Tungsten Oxides Nanocomposites Formed by Ionic Layer Deposition for Gas Sensing / G. Gorokh [et al.] // Sensors. 2021. Vol. 21. P. 1–14. https://doi.org/10.3390/s21124169.

50. A Micropowered Chemoresistive Sensor Based on a Thin Alumina Nanoporous Membrane and SnxBikMoyOz Nanocomposite / G. Gorokh [et al.] // Sensors. 2022. Vol. 22.

51. Heater Topology Influence on the Functional Characteristics of Thin-Film Gas Sensors Made by MEMSSilicon Technology / G. Gorokh [et al.] // Chemosensors. 2023. Vol. 11. https://doi.org/10.3390/chemosensors11080443.

52. A New Approach for Producing of Film Structures Based on Si1-xGex / I. M. Gavrilin [et al.] // Mater. Lett. 2022. Vol. 313.

53. Germanium Electrodeposition into Porous Silicon for Silicon-Germanium Alloying / N. Grevtsov [et al.] // Materialia. 2022. Vol. 26.

54. Composition-Adjustable Silicon-Germanium Alloy Films Based on Porous Silicon Matrices / N. Grevtsov [et al.] // Materials Today Communications. 2024. Vol. 38.

55. Лазарук, С. К. Формирование наноструктурированных антиотражающих покрытий на титановых элементах оптических устройств / С. К. Лазарук, Д. А. Сасинович, С. В. Гранько // Мокеровские чтения: сб. тр. 12-й Междунар. науч.-практ. конф. по физике и технол. наногетероструктурной СВЧ-электроники, 2021. С. 127–128.