EP2583133A1 - Composant électro-optique à nanotubes, circuit intégré hybride optronique ou à lien optique intégrant ce composant, et procédé de fabrication - Google Patents

Composant électro-optique à nanotubes, circuit intégré hybride optronique ou à lien optique intégrant ce composant, et procédé de fabrication

Info

Publication number
EP2583133A1
EP2583133A1 EP11735496.9A EP11735496A EP2583133A1 EP 2583133 A1 EP2583133 A1 EP 2583133A1 EP 11735496 A EP11735496 A EP 11735496A EP 2583133 A1 EP2583133 A1 EP 2583133A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
nanotubes
electrodes
component
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11735496.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Vivien
Etienne Gaufres
Nicolas Izard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud Paris 11
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud Paris 11
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Paris Sud Paris 11 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2583133A1 publication Critical patent/EP2583133A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/061—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-optical organic material
    • G02F1/065—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-optical organic material in an optical waveguide structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/60—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation in which radiation controls flow of current through the devices, e.g. photoresistors
    • H10K30/65—Light-sensitive field-effect devices, e.g. phototransistors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/221—Carbon nanotubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a photonic component comprising at least one linear optical waveguide of which a so-called active portion is surrounded on an electro-optic nanotubes component, an optronic hybrid or optically integrated circuit incorporating this component, and a manufacturing method. all or part of its periphery by a group of one or more substantially semiconducting nanotubes. These nanotubes interact with their external environment in an active zone extending on either side of the optical waveguide, to thereby induce an optical coupling between an electrical or optical signal applied to the nanotubes and on the other hand an optical signal. in the active portion of the waveguide.
  • Such a component may in particular perform bipolar electro-optical functions of a light source, or modulator or detector, inside the optical guide, for example with an electro-optical coupling between, on the one hand, an electrical signal applied between the electrodes, and on the other hand an optical signal emitted or modified in the active portion of the optical waveguide towards the rest of said optical guide.
  • the invention is in the topics of nanophotonics and optoelectronics for various applications: for example optical interconnections in future integrated circuits, optical telecommunications, biophotonics, on-chip laboratories, etc.
  • optical circuits to process or transmit digital data, for example for telecommunications or in computing devices.
  • So-called electro-optical or optronic components are used to manage information in these optical circuits and to enable them to interact with electronic circuits. These components include different types and in particular light sources, detectors, and modulators.
  • Such a light source uses an electrical energy to produce a light, coherent (laser) or not, which can be injected into an optical waveguide to power an optical circuit.
  • Such light sources are today often made of III-V type semiconductor materials.
  • An electro-optical modulator receives an electrical signal and acts on a luminous flux to modulate it according to the electrical signal and thus provide a light signal, for example to transform an electrical telecommunication signal into an optical signal that will be injected into an optical fiber telecommunication long distance or even transoceanic.
  • Such modulators are today often made in III-V semiconductor.
  • Such a detector receives a flux or a light signal, and produces an electrical signal according to the received light signal, for example to decode an optical signal received from an optical fiber and turn it into an electrical signal that can be processed by a computer.
  • Such detectors are today often made with germanium or InGaAs.
  • a greater compactness of the circuits and components is interesting to increase the density of the circuits so the miniaturization and / or the performance of the apparatuses which they make it possible to realize.
  • Optical or optoelectronic integrated circuits are increasingly used in many fields.
  • the interconnections are more and more complex, and the current circuits have more than 12 metal / dielectric levels used to realize communication channels between different sets of transistors within the same integrated circuit.
  • optical interconnections involves the integration of electro-optical components within the electronic integrated circuits, such as sources, modulators and light signal detectors.
  • electro-optical components within the electronic integrated circuits, such as sources, modulators and light signal detectors.
  • the solution currently considered to be compatible with CMOS circuit technology is to guide the light in the silicon film of a silicon on insulator (SOI) substrate, to modulate the light using silicon-based or SiGe-based modulators. detect it using germanium and emit light using mainly III-V semiconductors.
  • SOI silicon on insulator
  • the internal high frequency optical link in an integrated circuit on silicon currently considered in the trade is thus mainly composed of three materials: silicon, germanium and III-V.
  • optical link structure requires very heterogeneous integration, when the materials and manufacturing processes used as well as in terms of the design and internal organization of the integrated circuit.
  • This heterogeneity has many drawbacks, for example, and in particular with regard to the flexibility of design and manufacturing simplicity with a limiting factor at the level of the III-V semiconductor-based source which does not use the same dimensions of substrates.
  • Nanotube Network Transistors "by Adam et al. in NanoLetters 2008, 8 (8) 2351-2355, presents a multidirectional electroluminescent effect obtained in a field effect transistor produced by applying an electric field between a plurality of successive parallel electrodes arranged transversely to a track consisting of either a single nanotube (CNFET ), or an unorganized network of several nanotubes (NNFET).
  • CNFET single nanotube
  • NFET unorganized network of several nanotubes
  • this microcavity is formed of two mirrors surrounding an assembly consisting of a layer of Si0 2 supporting a PMMA layer between two lateral electrodes, which are interconnected by a single nanotube embedded in the PMMA. .
  • This cavity is mounted on a P + doped silicon layer to form a field effect transistor (FET) producing a light that is sensed and amplified by the cavity to emerge perpendicularly to the different superimposed layers.
  • FET field effect transistor
  • a coupling described in document US 2005/249249 consists in injecting a light produced by a nanotube mounted in a FET transistor into the end of an optical fiber, through a lens disposed on the optical axis of this fiber. ; or by including this nanotube inside this optical fiber.
  • Such an assembly is however inexpensive in light and delicate and cumbersome to produce and adjust, and is not suitable for use in an integrated circuit.
  • nanotubes for their semiconductor properties.
  • everything is done to seek to obtain isolated nanotubes, for example a sonic separation to avoid nanotube bundles, followed by individual coating technique with a surfactant product.
  • Such an individual nanotube can then be disposed on a substrate, which makes it possible to ensure electrical contact at its two ends by covering them with conductive layers forming electrodes.
  • An object of the invention is to overcome the disadvantages of the state of the art, and in particular to allow:
  • the invention in most of the embodiments presented here, is based on the fact that nanotubes are also used as a multidimensional semiconductor material (two-dimensional or three-dimensional), without necessarily seeking to identify, treat or position each nanotube individually. It could be said that it is no longer just a matter of using a nanotube as an individual object, but also as a unitary element within a material that can be measured and shaped: applied here in the form of the package or "cluster" Nanotubes, which could be translated into English as a "patch”.
  • the invention proposes to use an accumulation of non-aligned nanotubes as a three-dimensional volume of material, in the same manner as if it were an unorganized material or little organized.
  • the invention proposes to use a nanotube accumulation as a three-dimensional volume of material in which a predominantly unidirectional orientation is obtained.
  • the invention provides a photonic component comprising at least one linear optical waveguide, a so-called active portion is surrounded on all or part of its periphery by a group of one or more substantially semiconducting nanotubes. These nanotubes interact with their external environment in a so-called active zone extending on either side of this active portion of the optical waveguide, thus inducing at least one optical coupling between:
  • the invention provides a photonic component comprising at least one linear optical waveguide made of silicon or silicon nitride, an integrated active portion of which is surrounded on all or part of its periphery by a group of one or more essentially semiconducting nanotubes, which electrically interact in a so-called active zone extending on either side of said active portion of the optical waveguide, with at least two electrodes arranged on either side of said active portion, inducing thus an electro-optical coupling between
  • integrated optical guide in silicon and / or silicon nitride is particularly advantageous, for example because it makes it possible to simplify, standardize and / or homogenize the steps of manufacturing hybrid circuits comprising other regions of the invention. same material, for example electronic circuits and / or photonic crystals.
  • the active portion of the optical guide is surrounded closely and preferably contiguously. Typically, it is a group of nanotubes directly in contact with the guide, or in indirect contact through a layer whose thickness is small compared to the dimensions of the optical mode object of the coupling in this guide.
  • Nanotubes could provide an optical coupling with the interior of an optical guide even while being located outside the guide and outside its linear axis of propagation, that is, the nanotubes can be located outside the guide, on its sides.
  • Nanotubes generate, modify or detect an optical signal directly inside the guide and through its walls. This is a direct coupling through the walls of the guide, unlike the state of the art in which each nanotube is seen in itself as a source whose light must be amplified and then injected into the guide by its end.
  • this optical waveguide itself may further comprise, in its active portion, a light signal amplification optical structure, for example a Fabry Pérot cavity or a photonic crystal.
  • a light signal amplification optical structure for example a Fabry Pérot cavity or a photonic crystal.
  • the group of nanotubes in this case can also surround the amplification structure as well as the optical guide.
  • the group of nanotubes comprises a plurality of nanotubes, for example agglomerated together, naturally or with a binder, for example gel or solid.
  • These nanotubes are deposited together in the form of a powder, and form between the electrodes a substantially flat sheet or thin layer including the active portion of the optical waveguide or in contact therewith.
  • the electrodes are located for example on the surface of this layer, or at the ends of the part of this layer to form the active part.
  • the group of nanotubes may be excited by a light signal or an external luminous flux. It will then produce an optical coupling with the interior of the guide by the phenomenon of optoluminescence, which will consist for the nanotubes to generate a luminous flux located inside an optical mode internal to the guide, whereas the excitation of light that they receive is external to the guide. It may be for example to produce a component capable of inserting into a one or more optical guides a light signal reaching it in any way.
  • the invention also proposes such a component forming an electro-optical component in which one or more nanotubes of the group of nanotubes electrically interact with at least two electrodes arranged on either side. of the active portion of the optical waveguide. An electro-optical coupling is thus induced between:
  • the electrical signal is applied or detected by at least two complementary electrodes, for example of opposite sign, located around the active portion and on either side of the optical waveguide, so as to generate between them field or an electrical current substantially transverse to the longitudinal axis of the optical guide.
  • these electrodes may be parallel to each other and to the longitudinal axis of the optical guide.
  • the electrodes may be arranged around the active portion so as to have a gap extending between them along the optical waveguide, and thus generate between them an electric field or an electric current substantially parallel to the optical waveguide. the longitudinal axis of said optical guide.
  • the electrodes interact with the nanotubes of the group without electrical connection with these nanotubes by creating an electric field within these nanotubes. This electric field then causes in these nanotubes a Kerr effect and / or a stark effect which absorbs all or part of a luminous flux flowing in the active portion of the optical waveguide.
  • This absorption can be obtained for example by electro-absorption phenomenon. It can also be obtained by an electrorefractive Kerr effect and / or a stark shift effect of the absorption peak in the active portion of the optical waveguide, which is for example introduced into an interferometer (Mach Zehnder, resonator) to transform the phase modulation or absorption shift into intensity modulation.
  • an interferometer Machine Zehnder, resonator
  • the invention thus makes it possible to modulate a light flux flowing in this active portion of the optical waveguide, function of a voltage or electrical signal received and applied to the electrodes.
  • the component comprises a so-called alignment zone, including the active portion of the optical waveguide and all or part of the active zone, and in which the nanotubes of the nanotube array are in their majority aligned in a common direction.
  • the nanotubes of the majority alignment zone are furthermore each connected to the two electrodes, in their entirety or in their majority.
  • the invention thus makes it possible to produce a light source inside this optical guide, by creating a longitudinal luminous flux from the signal or the voltage applied to the electrodes.
  • the passage of a flux or a light signal within the active portion of the optical waveguide will cause, by absorption by the group of nanotubes, a voltage difference and / or a current within of these connected nanotubes. These nanotubes then produce photocurrent and / or photovoltage across the electrodes.
  • the invention thus makes it possible to perform functions for generating, modulating or detecting a light flux or an optical signal in an optical guide with a luminous intensity of good or even improved level, and in a better compactness allowing a greater density. on an integrated circuit and / or in an optronic or photonic device.
  • an electrical signal applied or detected within the group of nanotubes may be a bipolar signal, can usually only require two electrodes only.
  • This bipolar electric signal can be applied, for example by producing an electric field in an unconnected configuration, but also in a configuration with nanotubes connected by using two different metal electrodes chosen to obtain an injection of charge carriers e " and h + .
  • such a component comprises a plurality of optical waveguides, for example completely independent or different active parts of the same optical guide, which are coated in whole or in part by nanotubes within a same group of nanotubes.
  • These optical waveguides interact independently of each other with each at least two electrodes, which determine a plurality of independent active zones thus realizing a plurality of components according to the invention.
  • These components are functionally independent of each other while using the same group of nanotubes.
  • These different active areas can be separated for example by a distance of at least 5 or even 10 or 15 micron.
  • the group can be made or treated to be aligned or even connected in some active areas, and not aligned and not connected in others.
  • such an electro-optical component can also be integrated into both an electronic circuit and an optical integrated circuit, which electronic and optical integrated circuits interact with each other through said electro-optical component.
  • the invention thus proposes an integrated and also hybrid optical and electronic circuit comprising at least one optical circuit and at least one electronic circuit that interact with one another through one or more electro-optical components. according to the invention. This or these electro-optical components are then integrated in both this optical circuit and in this electronic circuit.
  • Such a hybrid integrated circuit comprises for example a plurality of electronic blocks communicating with each other by optical signals carried by one or more integrated optical circuits inside the hybrid integrated circuit. Inside the hybrid integrated circuit, each of these different Electronic blocks interact with these optical signals using at least one electro-optical component according to the invention.
  • Such a hybrid circuit allows in particular an extremely fast communication between the different electronic blocks, at frequencies difficult to reach in electronic signals and without the disadvantages and constraints related to such high frequencies in electronics, for example interference with the components close to or with external electric fields.
  • the design and manufacture are made simpler and allow a better compactness and density, in particular in hybrid integrated circuits integrating blocks and / or optical circuits together. and electronic.
  • the invention allows a simplification of the materials used, number and environmental constraints and supply; and a standardization of manufacturing processes and technologies.
  • the optical guide may be for example silicon or silicon nitride and the group of nanotubes mainly comprise carbon nanotubes, for example single-wall type (SWCT).
  • SWCT single-wall type
  • the length of the active optical guide portion may be of the order of a few tens of nanometers, for example between 10 and 100 nanometers, or even between 20 and 50 nanometers.
  • the electrodes can be separated by a distance of between 1 and 10 micrometers, and preferably between 2 and 6 micrometers.
  • a group of nanotubes containing no metal nanotubes will be implanted, preferably with less than 1% or even 2% of metal nanotubes for a light source and less than 10% or even 15% for a detector or a modulator.
  • the thickness of the nanotube group is preferably greater than a monolayer of nanotubes from a thickness up to about 2 ⁇ m, or even between 600 nm and 1 ⁇ m,
  • the nanotubes are used as an active medium and may be integrated into waveguides made of silicon, polymer or any other material.
  • the invention also proposes a method for manufacturing a component according to the invention, and more particularly an electro-optical component or an integrated circuit as described here.
  • this method comprises at least, for carrying out an electro-optical coupling between at least one optical waveguide and one or more nanotubes: a creation of at least one region forming a grouping of one or more nanotubes, coating at least one optical waveguide portion and electrically interacting with at least two electrodes located on either side of said guide portion of optical wave; or a creation of at least one optical waveguide portion coated in whole or in part by at least one region forming a group of one or more nanotubes electrically interacting with at least two electrodes located on either side of said optical waveguide portion; or
  • the creation operation may comprise the following steps:
  • a region forming a group capable of forming, for example, a "drop", or a "patch” in English, of one or more semiconductor-type nanotubes (for example one or more nanotubes inserted in a liquid or a gel or a polymer), so that this group or this patch surrounds all or part of the periphery of at least one so-called active portion of this optical waveguide;
  • the alignment can be done for example during the deposition of nanotubes for example by dielectrophoresis, by subjecting the deposition region to an electric field during deposition, for example by temporary or preliminary electrodes. The direction of this electric field during the deposition will then determine an alignment direction for the deposited nanotubes.
  • the method according to the invention further comprises a step of etching or cutting this group of nanotubes into two cutting regions distributed on either side of the active portion of the optical waveguide. In this step, these cutting regions are arranged to cut the same plurality of nanotubes within this group.
  • This etching or cutting step of the cutting regions is preferably between a deposition step of aligned nanotubes and a step of creating the electrodes.
  • the subsequent step of creating the electrodes then comprises deposition or growth of these electrodes within these cutting regions, so as to electrically connect these electrodes to the two ends of the same plurality of nanotubes of the nanotube array.
  • the creation operation may comprise the following steps:
  • etching or deposit on the one hand of material forming at least one optical guide made of silicon or silicon nitride, for example on a substrate made of silica or SOI, and on the other hand electrodes surrounding on both sides a so-called active portion of the optical waveguide;
  • nanotubes of the semiconductor type capable of forming, for example, a "drop", or a "patch” in English, of one or more semiconductor-type nanotubes (for example one or more nanotubes inserted into a liquid or a gel or a polymer), so that these nanotubes encase all or part of the periphery of at least this active portion of the optical waveguide and are arranged to interact electrically with these electrodes.
  • the method may further comprise a step of under-etching the substrate or the layer located under the optical waveguide, made at the level of the active portion so as to allow the nanotube array to come to coat the surface. lower part of said optical waveguide.
  • This under-engraving is particularly useful for non-aligned nanotubes which can thus invade the space of the sub-surface. engraving.
  • aligned nanotubes for example to facilitate the establishment of an optical mode coupling zone surrounding the optical guide as much as possible.
  • the method according to the invention may further comprise a step of producing at least one monoblock region forming a group of nanotubes, followed by one or more operations for producing a plurality of components according to the invention functionally independent (or of different types) and produced within the same group of nanotubes.
  • the process for manufacturing an optoelectronic hybrid integrated circuit may comprise, on the one hand, an embodiment of at least one electronic circuit and, on the other hand, an embodiment of at least one optical circuit within The same integrated circuit
  • This method then furthermore comprises at least one step of producing at least one electro-optical component according to the invention, integrated at the same time with this electronic circuit and with this optical circuit.
  • the manufacturing method according to the invention may comprise or follow a purification phase of nanotubes, for example by known methods, to selectively obtain nanotubes of a winding index (n, m) determined and / or non-metallic type in the group of semiconductor nanotubes coupling with the active portion of the optical waveguide.
  • a purification phase of nanotubes for example by known methods, to selectively obtain nanotubes of a winding index (n, m) determined and / or non-metallic type in the group of semiconductor nanotubes coupling with the active portion of the optical waveguide.
  • This purification phase of the nanotubes used may comprise, for example, a step of selective extraction by polymer, in particular by PFO and with centrifugation.
  • the method according to the invention may further comprise a control of the optical wavelength of the optical or electro-optical coupling by the choice of the index of winding (n, m) of the nanotubes of the coupling, also called chirality index: (n, m) indicating winding and diameter respectively.
  • a control of the optical wavelength of the optical or electro-optical coupling by the choice of the index of winding (n, m) of the nanotubes of the coupling, also called chirality index: (n, m) indicating winding and diameter respectively.
  • an index (8.6) will be used to generate, modulate or detect an optical signal with a wavelength of 1.2 microns; and an index (8.7) for a wavelength of 1.3 microns.
  • FIG. 1 illustrates a state of the art of single-nanotube and micro-cavity field effect transistor type in the input axis of a linear optical guide
  • FIGURE 2 is a schematic perspective view illustrating according to the invention an example configuration for optical coupling between a volume of nanotubes and an optical guide;
  • FIGURE 3 is a graph illustrating experimental results demonstrating the optical coupling obtained in the configuration of FIGURE 2;
  • FIGURE 4 is a schematic sectional view in a configuration similar to FIGURE 2 but with electrodes on the top, in a non-aligned multiple nanotube embodiment and wrapping, performing a modulator function;
  • FIGURE 5 is a diagrammatic sectional view in the configuration of FIGURE 2, in a non-aligned multiple nanotube embodiment, performing a modulator function;
  • FIGS. 6a and 6b are diagrammatic views in section and FIG. 6c in top view, in the configuration of FIG. 2, in one embodiment with connected multiple nanotubes performing a detector or emitter function, respectively before and after the operations of etching the volume of nanotubes and deposition of the electrodes;
  • FIG. 7 is a schematic view from above of a configuration similar to FIG. 2 but with electrodes transverse to the guide, in a non-connected multiple nanotube embodiment performing a modulator function;
  • FIG. 8 is a diagrammatic sectional view in the configuration of FIG. 2, in a single nanotube embodiment connected, performing a detector or emitter function;
  • FIG. 9, FIG. 10 and FIG. 11 are diagrammatic sectional views in a configuration of the type of FIG. 2, illustrating different possibilities of geometry of the coupling between a volume of nanotubes and one or more optical guides:
  • FIGURE 9 with optical guide between two successive layers of nanotubes
  • FIG. 10 with optical guide embedded in a lower layer and covered by a volume of nanotubes
  • FIG. 11 with optical guide comprising two individual optical guides coupled together;
  • FIGURE 12 is a schematic diagram in top view of an exemplary embodiment of an integrated circuit comprising both an optical integrated circuit and an electronic integrated circuit. Description of a prior art
  • FIG. 1 illustrates a state of the art as described in the publication Fengnian et al. in Nature Nanotechnology vol October 3, 2008.
  • This component comprises a single nanotube 121 covered by two electrodes 131 and 132 forming the source and the drain of a field effect transistor (FET), whose gate is formed by a third electrode 133 formed by an underlying layer of doped silicon p + .
  • FET field effect transistor
  • microcavity 150 based on a silver mirror 102 deposited on the third electrode 133.
  • This microcavity comprises on both sides of the nanotube a silica layer 102 and a layer of PMMA 103, surmounted by a gold mirror 104.
  • This amplification provides a luminous flux 19 directed towards the top of the figure, in a direction A19 perpendicular to the plane of the various layers of the component.
  • the upward direction of this luminous flux 19 makes it necessary to be able to capture it in this direction A19 so that it can be injected into a hypothetical linear optical guide 11 (dashed) .
  • This injection may require for example to have this linear guide perpendicular to the layers of the component so as to have its inlet face 110 parallel to the outlet surface 104 of the cavity 150.
  • the inventors have demonstrated that it is possible to obtain optical gain in a thin layer based on carbon nanotubes, which is the first step to obtain a laser effect.
  • the Kerr effect and the Stark effect can be exploited while for detection, it is possible to use the nanotubes as absorbing medium.
  • obtaining a coupling between the nanotubes and the silicon makes it possible to establish the feasibility within an integrated component of such an optical link between several electronic blocks.
  • FIGURE 2 and FIGURE 3 illustrate the experimentation of this coupling, and thus present a first result of the silicon / nanotube integration.
  • the nanotubes are thus considered as an active medium and may be inserted into waveguides made of silicon, or polymer or any other semiconductor or dielectric material.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary configuration for optical coupling between a volume of nanotubes and an optical guide according to the invention.
  • This component 2 thus comprises a linear optical waveguide 21 on a support or substrate 200, and an active portion 210 of which is surrounded on a part of its periphery by a group 22 of one or more substantially semiconducting nanotubes. These nanotubes interact with their external environment in an active zone 220 extending on either side of this active portion 210 of the optical waveguide.
  • a luminous flux 228 on the nanotubes of the group 22 causes them to emit a luminous flux 219 by optoluminescence inside the active part 210 , along the longitudinal axis A21 of the guide.
  • Optical-optical coupling is thus achieved between the received luminous flux 228 and the light flux 219 propagating in the guide.
  • the nanotubes of the group 22 detect or emit or modify by electroluminescence a luminous flux 219 inside the active part 210, according to FIG. longitudinal axis A21 of the guide.
  • FIGURE 2 does not specify the position of the nanotubes within the array 22, and can therefore be considered as an illustration of an aligned, non-aligned embodiment.
  • FIGURE 3 is a graph illustrating experimental results demonstrating the optical coupling obtained in the configuration of FIGURE 2.
  • This coupling was obtained by absorption of the nanotubes of the group 22 under the effect of excitation by an incident light flux 228.
  • the graph represents the transmission spectrum of the waveguide 21.
  • the differences in altitude relative to a non-coupled reference guide highlight the interaction of the light with the tubes, and thus the coupling obtained by the arrangement of the nanotubes. of the array 22 around the optical guide 21. Examples of embodiments of electro-optical components
  • the electrical signal 229 is applied or detected by at least two electrodes 231, 232 and 431 and 432 located around the active portion 210 and from and other of the optical waveguide 21, of to generate between them an electric field, or generate or detect an electric current, substantially transverse to the longitudinal axis A21 of the optical guide 21.
  • these electrodes are parallel to each other and to the longitudinal axis of the optical guide.
  • FIGURE 7 shows a configuration in which two electrodes 731, 732 are arranged around the active region 720 so as to have a gap E73 between them extending along the optical waveguide 21, and so as to generate between they an electric field or an electric current substantially parallel to the longitudinal axis A21 of this optical guide.
  • these electrodes are parallel to each other and transverse to the longitudinal axis of the optical guide.
  • the two electrodes 731 and 732 may have a recess 7311, 7321 in their lower part, even over their entire height to separate them each into two half electrodes, so as to prevent the metal the electrode is too close to the outer surface of the guide and may prevent the transmission of light within it.
  • FIGURE 4 illustrate non-aligned and unconnected embodiments, typically for a modulator type function, i.e. the nanotubes of the array 42, 52, 72 are not connected with electrodes 231, 232 and 431, 432, and 731, 732.
  • the group 42, 52 of nanotubes forms between the electrodes 431, 432, 531, 532, 731, 732 a substantially flat layer including the active portion 210 of the optical waveguide 21, or in contact of it.
  • the electrodes interact with the nanotubes of the group 42, 52, 72 creating an electric field which causes within said nanotubes a Kerr effect and / or a Stark effect. This effect effects a modulation of a luminous flux circulating in the portion active 210 of the optical waveguide, depending on a voltage or an electrical signal 229 applied to the electrodes.
  • This modulation can be obtained in intensity, for example by electro-absorption phenomenon. It can also be obtained in phase modulation by a Kerr effect of electro-refraction, and / or in absorption shift a Stark effect of shift of the absorption peak in the active portion of the optical waveguide.
  • the active portion is for example introduced into an interferometer (Mach Zehnder, resonator) to transform the phase modulation or absorption shift into intensity modulation.
  • the active region can be introduced into an interferometer (for example Mach Zehnder or resonator) to transform phase modulation (electro-refraction) into intensity modulation.
  • an interferometer for example Mach Zehnder or resonator
  • FIGURE 5 The configuration of FIGURE 5 is that of FIGURE 2, with two electrodes 531 and 532 affixed to the substrate 200 on the sides of the array 52 and at the same level as the latter.
  • This arrangement can be carried out for example in the following order: guide 210, followed by: either nanotubes 52 then electrodes 531 and 532, or electrodes and nanotubes.
  • FIGURE 4 shows a similar configuration, but where the electrodes 431, 432 are deposited on top of the nanotube array 42.
  • This structure is facilitated by the fact that the electrodes are not connected to the nanotubes. It may be advantageous for example because it allows to deposit these electrodes without having to cut the sides of the group 42. This simplifies the implementation and allows a better density when several components are made close to one another, and / or on a same nanotube layer as described below with reference to FIG. 12.
  • This arrangement can be produced for example in the following order: guide 210 and then under-etching 209, then nanotubes 42 and then electrodes 631, 432.
  • FIGURE 6 and FIGURE 8 illustrate so-called aligned and connected embodiments, typically for a source or detector type function.
  • the group of nanotubes 62, 82 forms between the electrodes 631, 632, 831, 832 a substantially flat layer including the active portion 210 of the optical waveguide 21, or in contact therewith.
  • a so-called alignment zone including the active portion 210 of the optical waveguide 21 and corresponding here to the totality of the active zone 620 has been made.
  • the nanotubes of the nanotube group 62, 82 are mostly aligned in a common direction A62 and A82 respectively.
  • the nanotubes 621a to 521n and 821 of the alignment zone are in their majority each connected to the two electrodes 631, 632, 831, 832.
  • the group of nanotubes is first deposited and aligned.
  • the outer regions 6310 and 6320 of this group located on each side of the alignment direction A62 are then cut, for example by chemical etching or laser.
  • the electrodes are then deposited in these regions, so that they come into electrical contact with the corresponding ends ex1 and ex2 of all the nanotubes 621a to 621b of the active zone 620.
  • the component 6, 8 thus obtained can then be used as light source or detector, or both at different times.
  • FIG. 9 to FIG. 11 represent various examples of possible arrangements of the nanotube group with respect to the optical guide. These arrangements can be combined with the various embodiments of the invention described herein.
  • an under-etching of the support or substrate 200 under the active part 210 of the guide makes it possible to release a space 209 increasing its wrapping from below.
  • the active part 210 of the guide is partially buried in the support or substrate 200 which receives the nanotubes 62 and the electrodes 631, 632.
  • the active portion 310 of the optical guide is disposed between two layers 321 and 322 of nanotubes, which are surrounded by and possibly connected with two electrodes 331 and 332.
  • This arrangement can be achieved for example in the following order: nanotubes 321 then guide 310 then nanotubes 322.
  • the optical guide 210 is completely embedded in the support or substrate 200, and is simply covered by the group of nanotubes 22.
  • all these components may furthermore comprise several active optical guide portions 211 and 212, here two, coupled 299 to each other by their proximity and coupled together with the group 22 of nanotubes.
  • FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of the invention comprising a hybrid integrated circuit 9 with integrated internal optical link.
  • This circuit 900 comprises a plurality of electronic blocks, whose blocks 99h and 99 respectively, comprising and each using at least one electro-optical component according to the invention, whose components 901, 902, 903, and 991, respectively, to communicate between they by optical signals 929.
  • This figure presents such an optical link circuit arranged to perform an optical distribution of the clock signal.
  • This optical signal 929 is derived from a hybrid block 90 for transmitting an optical clock signal, which constitutes a hybrid integrated circuit itself included inside the general hybrid integrated circuit 900.
  • an electro-optical transmitter with nanotubes 901 according to the invention for example as shown in FIG. 6 or FIGURE 8, generates a luminous flux in an optical guide portion 911, and thus constitutes a light source.
  • An electro-optical detector with nanotubes 902 according to the invention is produced in the same aligned zone of the same group 92 of nanotubes, for example as illustrated in FIG. 6 or FIGURE 8, and controls the intensity or the wavelength. the light flux in an optical guide portion 912 downstream of the source 901.
  • An electro-optical modulator with nanotubes 903 according to the invention is realized in a non-aligned part of a sheet forming the same group 92 of nanotubes, and receives in its active portion 913 optical guide light flux from the source 901.
  • This modulator 903 also receives an electrical clock signal from a block electronic clock 99h itself integrated in the hybrid clock block 90. From this electrical clock signal, the modulator 903 modulates the flux from the source 901 to give a clock optical signal 929.
  • This optical signal is distributed in the general circuit 900 by the optical circuit 91.
  • the different electronic blocks 99 to 99n of this circuit 900 all use a clock signal distributed by an integrated optical circuit 91 in the form of an optical signal 929. This signal is received by each of these electronic blocks through an electro-optical receiver 991. according to the invention, for example as illustrated in FIGURE 6 or FIGURE 8.
  • the invention thus makes it possible to produce a fast optical link integrated within the general component 900, by monolithically integrating the various necessary elements into a single chip 900.
  • the integrated electronic and optical circuit 900 comprises an optical circuit 91 and a plurality of electronic circuits 99h and 99-99n, respectively. These electronic circuits interact with each other through at least one electro-optical component 901, 902, 903 and 991 according to the invention, which are integrated in both this optical circuit 91 and in these different electronic circuits 99h and 99 respectively. 99n.
  • each of these electro-optical components 901, 902, 903, and 991 respectively is integrated into both an electronic circuit 90 and an optical integrated circuit 91, which electronic and optical integrated circuits interact with each other through it.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un composant photonique comprenant au moins un guide linéaire d'onde optique dont une portion dite active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone active s'étendant de part et d'autre du guide d'onde optique, pour induire ainsi un couplage optique entre un signal électrique ou optique appliqué aux nanotubes et d'autre part un signal optique dans la portion active du guide d'onde. Un tel composant peut réaliser en particulier des fonctions électro- optiques bipolaires de source lumineuse, ou modulateur ou détecteur, à l'intérieur du guide optique, par exemple avec un couplage électro-optique entre d'une part un signal électrique appliqué entre les électrodes, et d'autre part un signal optique émis ou modifié dans la portion active du guide d'onde optique vers le reste dudit guide optique. Elle concerne en outre un circuit intégré hybride électronique et optique dont des circuits optiques et électroniques interagissent entre eux à travers au moins un tel composant électro-optique; ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel composant ou circuit intégré.

Description

« Composant électro-optique à nanotubes, circuit intégré hybride optronique ou à lien optique intégrant ce composant, et procédé de fabrication » La présente invention concerne un composant photonique comprenant au moins un guide linéaire d'onde optique dont une portion dite active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone active s'étendant de part et d'autre du guide d'onde optique, pour induire ainsi un couplage optique entre un signal électrique ou optique appliqué aux nanotubes et d'autre part un signal optique dans la portion active du guide d'onde. Un tel composant peut réaliser en particulier des fonctions électrooptiques bipolaires de source lumineuse, ou modulateur ou détecteur, à l'intérieur du guide optique, par exemple avec un couplage électro-optique entre d'une part un signal électrique appliqué entre les électrodes, et d'autre part un signal optique émis ou modifié dans la portion active du guide d'onde optique vers le reste dudit guide optique.
Elle concerne en outre un circuit intégré hybride électronique et optique dont des circuits optiques et électroniques interagissent entre eux à travers au moins un tel composant électro-optique ; ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel composant ou circuit intégré.
L'invention se situe dans les thématiques de la nanophotonique et de l'optoélectronique pour des applications variées : par exemple les interconnexions optiques dans les circuits intégrés futurs, les télécommunications optiques, la biophotonique, les laboratoires sur puce, etc.
Composants
De nombreux systèmes utilisent des circuits optiques pour traiter ou transmettre des données numériques, par exemple pour des télécommunications ou dans des appareils informatiques. Des composants dits électro-optiques ou optroniques sont utilisés pour gérer des informations dans ces circuits optiques et leur permettre d'interagir avec des circuits électroniques. Ces composants incluent différents types et en particulier des sources lumineuses, des détecteurs, et des modulateurs.
Une telle source lumineuse utilise une énergie électrique pour produire une lumière, cohérente (laser) ou non, qui peut être injectée dans un guide d'onde optique pour alimenter un circuit optique. De telles sources lumineuses sont aujourd'hui souvent réalisées en matériaux semiconducteurs de type III-V.
Un modulateur électro-optique reçoit un signal électrique et agit sur un flux lumineux pour le moduler en fonction du signal électrique et fournir ainsi un signal lumineux, par exemple pour transformer un signal de télécommunication électrique en un signal optique qui sera injecté dans une fibre optique de télécommunication longue distance voire transocéanique. De tels modulateurs sont aujourd'hui souvent réalisés en semiconducteur III-V.
Un tel détecteur reçoit un flux ou un signal lumineux, et produit un signal électrique en fonction du signal lumineux reçu, par exemple pour décoder un signal optique reçu depuis une fibre optique et le transformer en un signal électrique qui pourra être traité par un ordinateur. De tels détecteurs sont aujourd'hui souvent réalisés à base de germanium ou InGaAs.
Une plus grande compacité des circuits et composants est intéressante pour augmenter la densité des circuits donc la miniaturisation et/ou la performance des appareils qu'ils permettent de réaliser.
Il est intéressant de pouvoir intégrer ensemble le plus possible de composants et/ou sous ensembles. Cela permet par exemple de diminuer les coûts, mais aussi d'augmenter la densité et la miniaturisation des circuits, et de diminuer les interfaces entre blocs et réduire la consommation et échauffement des circuits obtenus.
Circuits intégrés hybrides optiques et électroniques
Les circuits intégrés optiques ou optoélectroniques sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines.
Par exemple, ils sont une solution possible aux limitations que connaît de plus en plus l'évolution des composants purement électroniques, lesquels présentent en cela des contraintes s'avérant de plus en plus gênantes et parfois insurmontables.
En effet, la densité d'intégration des composants augmentant avec la diminution de la taille des transistors, les interconnexions sont de plus en plus complexes, et les circuits actuels possèdent plus de 12 niveaux métal/diélectrique utilisés pour réaliser des canaux de communication entre différents ensembles de transistors au sein d'un même circuit intégré.
D'ici quelques années, il est à prévoir que les performances des circuits intégrés seront limitées à cause de la complexité croissante de ces circuits de connexion. Cette limitation interviendra notamment au niveau des interconnexions métalliques, par exemple du fait de la constante de temps associée aux valeurs résistives et capacitives de ces liaisons, ou du fait de l'effet de peau dans les conducteurs qui vient accentuer ces limitations à haute fréquence en causant une déformation croissante des signaux et une augmentation des délais de propagation . Les liens globaux à l'intérieur d'un circuit intégré, tels que les liaisons entre blocs et la distribution du signal d'horloge, sont parmi les premiers touchés par ces limitations.
Des solutions sont recherchées pour repousser ces limites dans les technologies actuelles par l'introduction de conducteurs à plus faible résistivité et de matériaux à plus faible constante diélectrique, ou en introduisant des répéteurs placés régulièrement le long des lignes de connexion. Ces solutions sont cependant limitées à terme, et peuvent en outre augmenter l'encombrement des circuits ainsi que leur consommation électrique donc leur échauffement.
Un type de solution proposé consiste à utiliser des interconnexions optiques, ce qui apporte un certain nombre d'avantages :
- Les performances sont quasi-indépendantes de la longueur des interconnexions ;
- La propagation est peu dépendante de la fréquence du signal ;
- Les répéteurs ne sont pas nécessaires, ce qui entraîne un gain de place et de puissance dissipée ;
- La distribution ne génère pas de bruit vers le reste de la puce ; - Il est possible d'utiliser plusieurs longueurs d'ondes sur un même canal : multiplexage en longueur d'onde.
La mise en œuvre de telles interconnexions optiques passe par l'intégration de composants électro-optiques au sein des circuits intégrés électroniques, tels que des sources, des modulateurs et des détecteurs de signaux lumineux. La solution envisagée actuellement pour être compatible avec la technologie des circuits CMOS est de guider la lumière dans le film de silicium d'un substrat silicium sur isolant (SOI), de moduler la lumière en utilisant des modulateurs à base de silicium ou SiGe, de la détecter en utilisant le germanium et d'émettre la lumière en utilisant principalement des semiconducteurs III-V.
Le lien optique haute fréquence interne dans un circuit intégré sur silicium actuellement considéré dans le métier est ainsi principalement composé de trois matériaux : silicium, germanium et III-V.
Cependant, une telle structure de lien optique demande une intégration très hétérogène, quand aux matériaux et procédés de fabrication employés ainsi que sur le plan de la conception et de l'organisation interne du circuit intégré. Cette hétérogénéité présente de nombreux inconvénients par exemple et en particulier au niveau de la souplesse de conception et de simplicité de fabrication avec un facteur limitant au niveau de la source à base de semiconducteur III-V qui n'utilise pas les mêmes dimensions de substrats.
En outre, ces architectures actuelles de composants électro-optiques limitent leur miniaturisation, par exemple du fait des longueurs d'interaction nécessaires au sein des guides optiques, qui sont parfois de plusieurs millimètres. Ces architectures et les contraintes de précision qu'elles impliquent, ainsi que les différences de matériaux qu'elles utilisent, rendent complexe et coûteuse l'intégration de ces composants au sein de circuits intégrés. Cela limite en particulier les possibilités d'intégration hybride combinant ensemble des circuits intégrés optiques et des circuits intégrés électroniques au sein d'une même « puce » ou circuit intégré. Utilisation de nanotubes
Or, des études sur les nanotubes ont montré que ces matériaux peuvent présenter certaines propriétés de type semiconducteur du fait de leur échelle nanométrique, et de leur unidimensionnalité.
Ainsi, la publication « Electroluminescence from Single-Wall Carbon
Nanotube Network Transistors » de Adam et al. dans NanoLetters 2008, 8 (8) 2351-2355, présente un effet électroluminescent multidirectionnel obtenu dans un transistor à effet de champ réalisé en appliquant un champ électrique entre plusieurs électrodes parallèles successives disposées transversalement à une piste constituée soit d'un nanotube unique (CNFET), soit d'un réseau inorganisé de plusieurs nanotubes (NNFET).
Dans les publications « Carbon Nanotubes and Optical Confinement - Controlling Light Emission in Nanophotonic Devices » de Steiner et al . dans SPIE 2008 vol.703713 703713, et « A microcavity-controlled, current- driven, on-chip nanotube emitter at infrared wavelengths » de Fengnian et al. dans Nature Nanotechnology vol 3 octobre 2008, il a été proposé de capter un tel effet électroluminescent à l'aide d'une microcavité optique de « amplification ».
Ainsi qu'illustré plus loin en FIGURE 1, cette microcavité est formée de deux miroirs entourant un ensemble constitué par une couche de Si02 supportant une couche de PMMA entre deux électrodes latérales, lesquelles sont reliées entre elles par un nanotube unique noyé dans le PMMA. Cette cavité est montée sur une couche de silicium dopé P+ pour former un transistor à effet de champ (FET) produisant une lumière qui est captée et amplifiée par la cavité pour ressortir perpendiculairement aux différentes couches superposées.
De façon similaire, la publication « Efficient narrow-band light émission from a single carbon nanotube p-n diode » de Muller et al. dans Nature Nanotechnology Letters de novembre 2009 (DOI : 10.1038 / nnano.2009.319), l'émission est réalisée par un nanotube individuel monté en diode entre deux zones d'électrodes et soumis à un champ électrique par le dessus d'une microcavité optique.
Cet état de la technique ne décrit que des éléments de production de lumière, qui présentent en outre certains inconvénients. Ainsi, l'intensité émise par ces éléments est plutôt faible, et n'est pas directionnelle. La microcavité peut permettre d'obtenir une source directionnelle, mais au prix d'une complexité supplémentaire qui risque d'imposer des contraintes gênantes, en particulier pour l'intégration. En outre, l'injection de cette lumière dans un guide d'onde optique requiert des aménagements supplémentaires non abordés, qui seront eux aussi sources de complexités supplémentaires et peut-être aussi de pertes de rendement ou d'intensité lumineuse. Ces complexités, ainsi que la direction d'émission perpendiculaire aux couches de la cavité, rendent plus complexe et difficile toute tentative d'intégration de tels composants au sein d'un circuit optique, et encore plus au sein d'un circuit intégré hybride.
De façon similaire, un couplage décrit dans le document US 2005/249249 consiste à injecter une lumière produite par un nanotube monté en transistor FET dans l'extrémité d'une fibre optique, à travers une lentille disposée sur l'axe optique de cette fibre ; ou en incluant ce nanotube à l'intérieur de cette fibre optique. Un tel montage est cependant peu rentable en lumière et délicat et encombrant, à produire et à ajuster, et se prête mal à l'utilisation dans un circuit intégré.
De façon générale, une tendance de l'état de la technique est d'utiliser les nanotubes pour leurs propriétés de semiconducteur. Ainsi, tout est fait pour chercher à obtenir des nanotubes isolés, par exemple une séparation sonique pour éviter les paquets de nanotubes, suivie de technique d'enrobage individuel par un produit surfactant. Un tel nanotube individuel peut alors être disposé sur un substrat, ce qui permet d'assurer un contact électrique à ses deux extrémités en recouvrant celles-ci par des couches conductrices formant électrodes.
Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique, et en particulier de permettre :
- une intensité lumineuse plus forte et selon une plus grande densité, - une interaction plus facile et plus performante des effets lumineux avec le ou les guides d'ondes optiques ;
- de meilleures possibilités de miniaturisation et d'intégration des composants dans des circuits optiques ; - de meilleures possibilités d'intégration dans des circuits intégrés hybrides intégrant ensemble circuits optiques et électroniques ;
- un bon compromis entre performance et échauffement des circuits obtenus ;
- une certaine simplification des matériaux utilisés, en nombre et en contraintes environnementales et d'approvisionnement ;
- une certaine uniformisation des procédés et technologies de fabrication ;
- une simplicité de mise en œuvre et une limitation des contraintes de précision, lors de la fabrication ;
- une bonne compatibilité avec les technologies actuelles de fabrication de circuits intégrés électroniques, et en particulier avec la technologie CMOS.
Exposé de l'invention
L'invention, dans la plupart des modes de réalisation ici présentés, repose sur le fait d'utiliser des nanotubes aussi en tant que matériau semiconducteur pluridimensionnel (bidimensionnel ou tridimensionnel), sans chercher forcément à identifier, traiter ou positionner chaque nanotube individuellement. On pourrait dire qu'il ne s'agit plus seulement d'utiliser un nanotube comme un objet individuel, mais aussi comme un élément unitaire au sein d'un matériau pouvant être mesuré et façonné : appliqué ici sous la forme du paquet ou « groupement » de nanotubes, que l'on pourrait traduire en anglais par un « patch ». Par exemple dans des modes de réalisation de type modulateur, l'invention propose d'utiliser une accumulation de nanotubes non alignés en tant que volume tridimensionnel de matériau, de la même manière que s'il s'agissait d'un matériau non organisé ou peu organisé. De façon similaire, dans des modes de réalisation de type émetteur et/ou détecteur, l'invention propose d'utiliser une accumulation de nanotubes en tant que volume tridimensionnel de matériau dans lequel on obtient une orientation majoritairement unidirectionnelle.
Composant et circuit intégré
Dans cet esprit, l'invention propose un composant photonique comprenant au moins un guide linéaire d'onde optique, dont une portion dite active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone dite active s'étendant de part et d'autre de cette portion active du guide d'onde optique, induisant ainsi au moins un couplage optique entre :
- d'une part un signal électrique ou optique appliqué aux nanotubes depuis leur environnement ou restitué par eux à cet environnement, dans ladite zone active, et
- d'autre part un signal optique émis ou respectivement reçu dans ladite portion active du guide d'onde optique.
Plus particulièrement, l'invention propose un composant photonique comprenant au moins un guide linéaire d'onde optique en silicium ou en nitrure de silicium dont une portion intégrée dite active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs, lesquels interagissent électriquement dans une zone dite active s'étendant de part et d'autre de ladite portion active du guide d'onde optique, avec au moins deux électrodes disposées de part et d'autre de ladite portion active, induisant ainsi un couplage électro-optique entre
- d'une part un signal électrique appliqué entre lesdites électrodes, et
- d'autre part un signal optique émis ou modifié dans ladite portion active du guide d'onde optique vers le reste dudit guide optique.
L'utilisation de guide optique intégré en silicium et/ou en nitrure de silicium est particulièrement intéressante, par exemple car elle permet de simplifier, d'uniformiser et/ou d'homogénéiser les étapes de fabrication de circuits hybrides comprenant d'autres régions de même matériau, par exemple des circuits électroniques et/ou des cristaux photoniques.
La portion active du guide optique est entourée de façon proche et de préférence contigue. Typiquement, il s'agit d'un groupement de nanotubes directement au contact du guide, ou en contact indirect à travers une couche dont l'épaisseur est faible par rapport aux dimensions du mode optique objet du couplage dans ce guide.
En effet, les inventeurs ont constaté qu'un tel groupement de nanotubes pouvait fournir un couplage optique avec l'intérieur d'un guide optique même en étant situés à l'extérieur du guide et en dehors de son axe linéaire de propagation, c'est-à-dire que les nanotubes peuvent être situés à l'extérieur du guide, sur ses côtés. Les nanotubes génèrent, modifient ou détectent un signal optique directement à l'intérieur du guide et à travers ses parois. Il s'agit là d'un couplage direct à travers les parois du guide, contrairement à l'état de la technique dans lequel chaque nanotube est vu en lui-même comme une source dont la lumière doit être amplifiée puis injectée dans le guide par son extrémité.
Optionnellement, ce guide d'onde optique lui-même peut en outre comprendre, dans sa portion active, une structure optique d'amplification de signal lumineux, par exemple une cavité Fabry Pérot ou un cristal photonique. Il est à noter que le groupement de nanotubes dans ce cas peut venir entourer aussi la structure d'amplification au même titre que le guide optique.
De préférence, le groupement de nanotubes comprend une pluralité de nanotubes, par exemple agglomérés ensemble, naturellement ou avec un liant, par exemple gel ou solide. Ces nanotubes sont déposés ensemble sous la forme d'une poudre, et forment entre les électrodes une nappe ou une couche mince sensiblement plane incluant la portion active du guide d'onde optique ou au contact de celle-ci. Les électrodes sont situées par exemple à la surface de cette couche, ou aux extrémités de la partie de cette couche devant former la partie active.
Dans des modes de réalisation de l'invention que l'on pourra qualifier de optique-optique, le groupement de nanotubes peut être excité par un signal lumineux ou un flux lumineux externe. Il produira alors un couplage optique avec l'intérieur du guide par le phénomène d'optoluminescence, qui consistera pour les nanotubes à générer un flux lumineux situé à l'intérieur d'un mode optique interne au guide, alors que l'excitation lumineuse qu'ils reçoivent est externe au guide. Il peut s'agir par exemple de réaliser un composant capable d'insérer dans un ou plusieurs guides optiques un signal lumineux lui parvenant de façon quelconque.
Selon une autre famille de modes de réalisation, l'invention propose aussi un tel composant formant un composant électro-optique dans lequel un ou plusieurs nanotubes du groupement de nanotubes interagissent électriquement avec au moins deux électrodes disposées de part et d'autre de la portion active du guide d'onde optique. Un couplage électro-optique est ainsi induit entre :
- d'une part un signal électrique appliqué ou respectivement détecté entre lesdites électrodes, et
- d'autre part un signal optique émis ou respectivement reçu dans ladite portion active du guide d'onde optique.
De préférence, le signal électrique est appliqué ou détecté par au moins deux électrodes complémentaires, par exemple de signe opposé, situées autour de la portion active et de part et d'autre du guide d'onde optique, de façon à générer entre elles un champ ou un courant électrique sensiblement transversal à l'axe longitudinal du guide optique. Typiquement, ces électrodes pourront être parallèles entre elles et à l'axe longitudinal du guide optique.
Dans une variante, les électrodes peuvent être disposées autour de la portion active de façon à présenter entre elles un écart s'étendant le long du guide d'onde optique, et à générer ainsi entre elles un champ électrique ou un courant électrique sensiblement parallèle à l'axe longitudinal dudit guide optique.
Dans certains modes de réalisation, les électrodes interagissent avec les nanotubes du groupement sans connexion électrique avec ces nanotubes en créant un champ électrique au sein de ces nanotubes. Ce champ électrique provoque alors dans ces nanotubes un effet Kerr et/ou un effet Stark qui absorbe tout ou partie d'un flux lumineux circulant dans la portion active du guide d'onde optique.
Cette absorption peut être obtenue par exemple par phénomène d'électro-absorption. Elle peut aussi être obtenue par un effet Kerr d'électro-réfraction et/ou un effet Stark de décalage du pic d'absorption dans la portion active du guide d'onde optique, laquelle est par exemple introduite dans un interféromètre (Mach Zehnder, résonateur) pour transformer la modulation de phase ou de décalage d'absorption en modulation d'intensité.
L'invention permet ainsi de réaliser une modulation d'un flux lumineux circulant dans cette portion active du guide d'onde optique, en fonction d'une tension ou d'un signal électrique reçu et appliqué aux électrodes.
Dans certains modes de réalisation dits alignés, le composant comprend une zone dite d'alignement, incluant la portion active du guide optique et tout ou partie de la zone active, et dans laquelle les nanotubes du groupement de nanotubes sont dans leur majorité alignés dans une direction commune.
Ces modes de réalisation alignés permettent d'améliorer l'efficacité de telles structures actives, par exemple pour un modulateur décrit ci-dessus.
Selon une particularité, dans des modes de réalisation dits connectés, les nanotubes de la zone d'alignement majorité sont en outre connectés chacun aux deux électrodes, dans leur totalité ou dans leur majorité.
En appliquant à ces électrodes d'une tension ou d'un signal électrique on crée ainsi dans ces nanotubes connectés une injection de porteurs de charge, trous ou électrons, provoquant le phénomène d'électroluminescence qui est une émission d'un flux lumineux à l'intérieur d'un mode optique incluant en tout ou partie la portion active du guide d'onde optique.
L'invention permet ainsi de réaliser une source lumineuse à l'intérieur de ce guide optique, en créant un flux lumineux longitudinal à partir du signal ou de la tension appliqués aux électrodes.
Il est à noter que l'utilisation d'une configuration avec nanotubes connectés aux électrodes n'empêche pas la production d'un champ électrique entre les électrodes, par exemple du fait de la résistivité des nanotubes. Cette configuration « connectée » peut donc être compatible avec une mise en œuvre en modulateur par champ électrique, par exemple pour simplifier le processus de fabrication en alignant en même temps plusieurs régions actives proches destinées à des rôles différents, ou en utilisant une même région active successivement dans deux rôles différents tels que source et modulateur.
Dans une utilisation inverse, le passage d'un flux ou d'un signal lumineux au sein de la portion active du guide d'onde optique provoquera, par absorption par le groupement de nanotubes, une différence de tension et/ou un courant au sein de ces nanotubes connectés. Ces nanotubes produisent alors du photocourant et/ou photovoltage aux bornes des électrodes.
Il est ainsi possible de réaliser un détecteur électrique renvoyant un signal électrique en fonction du flux ou du signal lumineux qui traverse ce guide d'onde optique.
En outre, il est à noter que le même composant peut être utilisé dans successivement les deux rôles, ce qui augmente la souplesse de conception et améliore la compacité des circuits et dispositifs dans lequel il est utilisé.
L'invention permet ainsi de réaliser des fonctions de génération, modulation ou détection d'un flux lumineux ou d'un signal optique dans un guide optique avec une intensité lumineuse de bon niveau voire améliorée, et selon une meilleure compacité permettant une plus grande densité sur un circuit intégré et/ou dans un dispositif optronique ou photonique.
L'interaction du couplage avec un ou plusieurs guide optique linéaire est facilitée et d'un meilleur rendement du fait du positionnement des nanotubes autour de la périphérie de ce guide, entre autres car cela permet de disposer l'ensemble des éléments du composant uniquement dans les deux dimensions d'un circuit intégré de quelques couches d'épaisseur.
Ces performances de compacité, de simplicité et de rendement du couplage permettent de meilleures possibilités de miniaturisation et d'intégration des composants dans des circuits intégrés, qu'ils soient optiques ou électronique. Elles permettent aussi un meilleur compromis entre la performance et réchauffement des circuits obtenus.
Il est à noter qu'une particularité de l'invention est la possibilité d'utiliser un signal électrique appliqué ou détecté au sein du groupement de nanotubes peut être un signal bipolaire, pouvant le plus souvent ne nécessiter que deux électrodes uniquement.
Ce signal électrique bipolaire peut être appliqué, par exemple en produisant un champ électrique dans une configuration non connectée, mais aussi dans une configuration avec nanotubes connectés en utilisant deux électrodes de métaux différents choisis pour obtenir une injection de porteurs de charges e" et h+.
Cela représente un avantage de simplicité et de compacité par rapport aux différents dispositifs de l'état de la technique fonctionnant en transistor FET à trois bornes, ou en diode PN nécessitant en plus le maintien d'un champ électrique soit quatre bornes au total.
Selon une particularité de l'invention, un tel composant comprend une pluralité de guides d'onde optique, par exemple complètement indépendants ou des parties actives différentes d'un même guide optique, qui sont enrobés en tout ou partie par des nanotubes au sein d'un même groupement de nanotubes. Ces guides d'onde optique interagissent indépendamment l'un de l'autre avec chacun au moins deux électrodes, lesquelles déterminent une pluralité de zones actives indépendantes réalisant ainsi une pluralité de composants selon l'invention. Ces composants sont fonctionnellement indépendants les uns des autres tout en utilisant un même groupement de nanotubes.
Ces différentes zones actives peuvent être séparées par exemple par une distance d'au moins 5 voire 10 ou 15 micron. De plus, le groupement pouvant être réalisé ou traité de façon à être aligné voire connecté dans certaines zones actives, et non alignés et non connectés dans d'autres.
Selon une autre particularité de l'invention, un tel composant électrooptique peut aussi être intégré à la fois dans un circuit électronique et dans un circuit intégré optique, lesquels circuits intégrés électronique et optique interagissent entre eux à travers ledit composant électro-optique.
On notera que ces différentes caractéristiques peuvent tout à fait être combinées entre elles. Selon un aspect permettant ainsi une synergie supplémentaire, l'invention propose ainsi un circuit électronique et optique intégré, dit aussi hybride, comprenant au moins un circuit optique et au moins un circuit électronique qui interagissent entre eux à travers un ou plusieurs composants électro-optiques selon l'invention. Ce ou ces composants électro-optiques sont alors intégrés à la fois dans ce circuit optique et dans ce circuit électronique.
L'invention rend ainsi possible la réalisation simple et compacte d'un circuit intégré électronique à distribution optique interne intégrée. Un tel circuit intégré hybride comprend par exemple une pluralité de blocs électroniques communiquant entre eux par des signaux optiques acheminés par un ou plusieurs circuits optiques intégrés à l'intérieur du circuit intégré hybride. A l'intérieur du circuit intégré hybride, chacun de ces différents blocs électroniques interagit avec ces signaux optiques à l'aide d'au moins un composant électro-optique selon l'invention.
Un tel circuit hybride permet en particulier une communication extrêmement rapide entre les différents blocs électroniques, à des fréquences difficiles à atteindre en signaux électroniques et sans les inconvénients et contraintes liés à de telles hautes fréquences en électroniques, par exemple interférences avec les composants proches ou avec des champs électriques externes.
Du fait en particulier de la compacité des différents composants électro-optiques selon l'invention, la conception et la fabrication sont rendus plus simples et permettent une meilleure compacité et densité, en particulier dans les circuits intégrés hybrides intégrant ensemble blocs et/ou circuits optiques et électroniques.
En outre, le fait d'utiliser le même type de matériau semiconducteur pour les différentes fonctions, source ou modulateur ou détecteur, l'invention permet une simplification des matériaux utilisés, en nombre et en contraintes environnementales et d'approvisionnement ; ainsi qu'une uniformisation des procédés et technologies de fabrication.
La nature des structures et les caractéristiques des composants permettent en particulier une simplicité de mise en œuvre et une limitation voire une réduction des contraintes de précision liées aux différents matériaux utilisés lors de la fabrication. En outre une réduction du nombre d'étape technologique est envisagée grâce à l'utilisation d'un seul matériau.
Il est à noter que les différents types de fonctionnalités peuvent se combiner avec différents types de structures du groupement de nanotubes, et de positionnement du guide sur le substrat, ainsi qu'avec les différentes dispositions d'électrodes : longitudinales mais aussi transversales et selon différents angles intermédiaires.
Dans le composant selon l'invention, le guide optique peut être par exemple en silicium ou en nitrure de silicium et le groupement de nanotubes comprendre en majorité des nanotubes de carbone, par exemple de type monoparoi (SWCT). La longueur de la portion active de guide optique peut être de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, par exemple entre 10 et 100 nanomètre, voire entre 20 et 50 nanomètre.
Les électrodes peuvent être écartées d'une distance située entre 1 et 10 micromètres, et de préférence entre 2 et 6 micromètres.
On implantera si possible un groupement de nanotubes exempt de nanotubes métalliques, et de préférence avec moins de 1% voire 2% de nanotubes métalliques pour une source de lumière et moins de 10% voire 15% pour un détecteur ou un modulateur.
L'épaisseur du groupement de nanotubes est de préférence supérieure à une monocouche de nanotubes depuis une épaisseur jusqu'à environ 2 pm, voire entre 600nm et 1 pm,
Une part de l'originalité tient au fait d'utiliser les mêmes nanotubes de carbone pour la réalisation d'une source, d'un modulateur et d'un photodétecteur, afin d'arriver à la réalisation d'un lien optique haute fréquence complet pour les interconnexions otiques ou les télécommunications optiques. Dans l'invention, les nanotubes sont utilisés comme un milieu actif et pourront être intégrés dans des guides d'ondes en silicium, polymère ou tout autre matériau.
Des avantages importants, par rapport aux technologies hétérogènes sur plateforme silicium, sont d'utiliser le même type de matériau pour la source, la modulation et la détection ; et possiblement en une seule chiralité de nanotubes de carbone. Ceci entraîne une simplification de la technologie mise en jeu car les mêmes étapes de process seront utilisées pour toutes les briques de base. De plus, cette technologie sera compatible avec les technologies futures développées pour la microélectronique.
Procédé de fabrication
Dans le même esprit, l'invention propose aussi un procédé de fabrication d'un composant selon l'invention, et plus particulièrement de composant électro-optique ou de circuit intégré tels que décrit ici.
Selon l'invention, ce procédé comprend au moins, pour la réalisation d'un couplage électro-optique entre au moins un guide d'onde optique et un ou plusieurs nanotubes : - une création d'au moins une région formant un groupement de un ou plusieurs nanotubes, enrobant au moins une portion de guide d'onde optique et interagissant électriquement avec au moins deux électrodes situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou - une création d'au moins une portion de guide d'onde optique enrobée en tout ou partie par au moins une région formant un groupement de un ou plusieurs nanotubes interagissant électriquement avec au moins deux électrodes situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou
- une combinaison de ces deux opérations.
Selon une particularité, l'opération de création peut comprendre les étapes suivantes :
- gravure ou dépôt formant au moins un guide optique en silicium ou nitrure de silicium, par exemple sur un substrat en silice ou en SOI ; - optionnellement, une sous-gravure du substrat sous la partie active du guide, qui permettra un meilleur enveloppement du guide par le groupement de nanotubes ;
- dépôt d'une région formant un groupement, pouvant former par exemple une « goutte », ou un « patch » en anglais, de un ou plusieurs nanotubes de type semiconducteur (par exemple un ou plusieurs nanotubes insérés dans un liquide ou un gel ou un polymère), de façon à ce que ce groupement ou ce patch entoure tout ou partie de la périphérie d'au moins une portion dite active de ce guide d'onde optique ;
- gravure ou dépôt d'électrodes entourant de part et d'autre cette portion active du guide d'onde optique et agencées pour interagir électriquement avec les nanotubes entourant cette portion active.
Pour les modes de réalisation alignés, l'alignement peut se faire par exemple lors du dépôt des nanotubes par exemple par diélectrophorèse, en soumettant la région de dépôt à un champ électrique pendant le dépôt, par exemple par des électrodes provisoires ou préalables. La direction de ce champ électrique lors du dépôt va alors déterminer une direction d'alignement pour les nanotubes déposés. Pour les modes de réalisation connectés, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de gravure ou découpe de ce groupement de nanotubes en deux régions de découpe réparties de part et d'autre de la portion active du guide d'onde optique. Dans cette étape, ces régions de découpe sont agencées pour couper une même pluralité de nanotubes au sein de ce groupement.
Cette étape de gravure ou découpe des régions de découpes se situe de préférence, entre une étape de dépôt de nanotubes alignés et une étape de création des électrodes.
L'étape ultérieure de création des électrodes comprend alors un dépôt ou une croissance de ces électrodes à l'intérieur de ces régions de découpe, de façon à connecter électriquement ces électrodes aux deux extrémités d'une même pluralité de nanotubes du groupement de nanotubes.
Selon une autre particularité du procédé de fabrication de composant électro-optique l'opération de création peut comprendre les étapes suivantes :
gravure ou dépôt (dans un ordre ou dans un autre), d'une part de matériau formant au moins un guide optique en silicium ou nitrure de silicium, par exemple sur un substrat en silice ou en SOI, et d'autre part d'électrodes entourant de part et d'autre une portion dite active du guide d'onde optique ;
- dépôt d'un groupement de nanotubes de type semiconducteur, pouvant former par exemple une « goutte », ou un « patch » en anglais, de un ou plusieurs nanotubes de type semiconducteur (par exemple un ou plusieurs nanotubes insérés dans un liquide ou un gel ou un polymère), de façon à ce que ces nanotubes enrobent tout ou partie de la périphérie d'au moins cette portion active du guide d'onde optique et soient agencés pour interagir électriquement avec ces électrodes.
De façon optionnelle, le procédé peut comprendre en outre une étape de sous-gravure du substrat ou de la couche située sous le guide d'onde optique, réalisée au niveau de la portion active de façon à permettre au groupement de nanotubes de venir enrober la partie inférieure dudit guide d'onde optique. Cette sous gravure est particulièrement utile pour les nanotubes non alignés qui peuvent ainsi envahir l'espace de la sous- gravure. Elle peut toutefois aussi être utile pour les nanotubes alignés, par exemple pour faciliter l'établissement d'une zone de couplage de mode optique entourant le plus possible le guide optique.
Selon une particularité pouvant être combinée avec toutes les autres, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de réalisation d'au moins une région monobloc formant un groupement de nanotubes, suivie d'une ou plusieurs opérations de réalisation d'une pluralité de composants selon l'invention fonctionnellement indépendants (voire de types différents) et réalisées au sein d'un même groupement de nanotubes.
Il est ainsi possible de simplifier la fabrication et d'améliorer la compacité en utilisant pour plusieurs composants une même région de nanotubes, déposée en une seule fois et dans une région unique.
Selon un autre aspect de l'invention, le procédé de fabrication de circuit intégré hybride optoélectronique peut comprendre d'une part une réalisation d'au moins un circuit électronique et d'autre part une réalisation d'au moins un circuit optique au sein d'un même circuit intégré Ce procédé comprend alors en outre au moins une étape de réalisation d'au moins un composant électro-optique selon l'invention, intégré à la fois à ce circuit électronique et à ce circuit optique.
Optionnellement, le procédé de fabrication selon l'invention peut comprendre ou suivre une phase de purification de nanotubes, par exemple par des méthodes connues, pour obtenir sélectivement des nanotubes d'un index d'enroulement (n, m) déterminé et/ou de type non-métallique dans le groupement de nanotubes semiconducteurs réalisant le couplage avec la portion active du guide d'onde optique.
Cette phase de purification des nanotubes utilisés peut comprendre par exemple une étape d'extraction sélective par polymère, notamment par PFO et avec centrifugation.
Avantageusement, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre un contrôle de la longueur d'onde optique du couplage optique ou électro-optique par le choix de l'index d'enroulement (n, m) des nanotubes du couplage, dit aussi index de chiralité : (n, m) indiquant respectivement l'enroulement et le diamètre. A titre d'exemple, à partir de nanotubes de type HiPCO fournis par la société Unidym, on utilisera un index (8,6) pour générer, moduler ou détecter un signal optique de longueur d'onde de 1,2 micromètre ; et un index (8,7) pour une longueur d'onde de 1,3 micromètre.
Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la FIGURE 1 illustre un état de la technique du type transistor à effet de champ à nanotube unique et microcavité dans l'axe d'entrée d'un guide optique linéaire ;
- la FIGURE 2 est une vue schématique en perspective illustrant selon l'invention un exemple de configuration pour un couplage optique entre un volume de nanotubes et un guide optique ;
- la FIGURE 3 est un graphique illustrant des résultats d'expérimentation démontrant le couplage optique obtenu dans la configuration de la FIGURE 2 ;
- la FIGURE 4 est une vue schématique en coupe dans une configuration proche de la FIGURE 2 mais avec électrodes sur le dessus, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples non alignés et enveloppement, réalisant une fonction de modulateur ;
- la FIGURE 5 est une vue schématique en coupe dans la configuration de la FIGURE 2, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples non alignés, réalisant une fonction de modulateur ;
- les FIGURE 6a, FIGURE 6b sont des vues schématiques en coupe et la FIGURE 6c en vue de dessus, dans la configuration de la FIGURE 2, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples connectés réalisant une fonction de détecteur ou d'émetteur, respectivement avant et après les opérations de gravure du volume de nanotubes et dépôt des électrodes ;
- la FIGURE 7 est une vue schématique de dessus d'une configuration proche de la FIGURE 2 mais avec électrodes transversales au guide, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples non connectés réalisant une fonction de modulateur ;
- la FIGURE 8 est une vue schématique en coupe dans la configuration de la FIGURE 2, dans un mode de réalisation à nanotube unique connecté, réalisant une fonction de détecteur ou d'émetteur ;
- les FIGURE 9, FIGURE 10 et FIGURE 11 sont des vues schématiques en coupe dans une configuration du type de celle de la FIGURE 2, illustrant différentes possibilités de géométrie du couplage entre un volume de nanotubes et un ou plusieurs guides optiques :
o FIGURE 9 : avec guide optique entre deux couches successives de nanotubes,
o FIGURE 10 : avec guide optique noyé dans une couche inférieure et recouvert par un volume de nanotubes, o FIGURE 11 : avec guide optique comprenant deux guides optiques individuels couplés entre eux ;
- la FIGURE 12 est un schéma de principe en vue de dessus d'un exemple de mode de réalisation d'un circuit intégré comprenant à la fois un circuit intégré optique et un circuit intégré électronique. Description d'un art antérieur
La FIGURE 1 illustre un état de la technique tel que décrit dans la publication Fengnian et al. dans Nature Nanotechnology vol 3 octobre 2008.
Ce composant comprend un nanotube unique 121 recouvert par deux électrodes 131 et 132 formant la source et le drain d'un transistor à effet de champ (FET), dont la grille est réalisée par une troisième électrode 133 formée d'une couche sous jacente de silicium dopé p+.
Une injection de courant dans le nanotube provoque une électroluminescence qui est amplifiée par une microcavité 150 basée sur un miroir d'argent 102 déposé sur la troisième électrode 133. Cette microcavité comprend de part et d'autre du nanotube une couche de silice 102 et une couche de PMMA 103, surmontée d'un miroir en Or 104.
Cette amplification fournit un flux lumineux 19 dirigé vers le haut de la figure, selon une direction A19 perpendiculaire au plan des différentes couches du composant. Bien que non décrit dans l'état de la technique, la direction de sortie vers le haut de ce flux lumineux 19 rend nécessaire de pouvoir le capter selon cette direction A19 pour pouvoir l'injecter dans un hypothétique guide optique linéaire 11 (en pointillé). Cette injection peut nécessiter par exemple de disposer ce guide linéaire perpendiculairement aux couches du composant de façon à présenter sa face d'entrée 110 parallèlement à la surface de sortie 104 de la cavité 150.
On comprend bien que cette contrainte peut constituer un facteur de complexité dans la conception d'un circuit intégré, et limiter la compacité tout en augmentant la complexité de la fabrication, entre autre problèmes possibles.
Description de l'invention en référence aux figures
Les inventeurs ont démontré qu'il était possible d'obtenir un gain optique dans une couche mince à base de nanotubes de carbone, ce qui est la première étape pour obtenir un effet laser. Pour la modulation, l'effet Kerr et l'effet Stark peuvent être exploités tandis que pour la détection, il est possible d'utiliser les nanotubes comme milieu absorbant. En particulier, l'obtention d'un couplage entre les nanotubes et le silicium permet d'établir la faisabilité au sein d'un composant intégré d'un tel lien optique entre plusieurs blocs électroniques.
Les FIGURE 2 et FIGURE 3 illustrent l'expérimentation de ce couplage, et présentent ainsi un premier résultat de l'intégration silicium/nanotubes.
Les nanotubes sont ainsi considérés comme un milieu actif et pourront être insérés dans des guides d'ondes en silicium, ou en polymère ou tous autres matériaux semiconducteurs ou diélectriques.
La FIGURE 2 illustre un exemple de configuration pour un couplage optique entre un volume de nanotubes et un guide optique selon l'invention.
Ce composant 2 comprend ainsi un guide linéaire 21 d'onde optique sur un support ou substrat 200, et dont une portion active 210 est entourée sur une partie de sa périphérie par un groupement 22 d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone active 220 s'étendant de part et d'autre de cette portion active 210 du guide d'onde optique.
Dans le cas d'une interaction par un signal ou un flux lumineux, l'application par exemple d'un flux lumineux 228 sur les nanotubes du groupement 22 leur fait émettre par optoluminescence un flux lumineux 219 à l'intérieur de la partie active 210, selon l'axe longitudinal A21 du guide. Un couplage optique-optique est ainsi réalisé entre le flux lumineux reçu 228 et le flux lumineux 219 se propageant dans le guide.
Pour une interaction électrique, par exemple par un signal électrique 229 reçu ou appliqué par les électrodes 231 et 232, les nanotubes du groupement 22 détectent ou émettent ou modifient par électroluminescence un flux lumineux 219 à l'intérieur de la partie active 210, selon l'axe longitudinal A21 du guide.
Il est à noter que la configuration illustrée en FIGURE 2 ne spécifie pas la position des nanotubes à l'intérieur du groupement 22, et peut donc être considérée comme une illustration d'un mode de réalisation aligné comme non aligné.
La FIGURE 3 est un graphique illustrant des résultats d'expérimentation démontrant le couplage optique obtenu dans la configuration de la FIGURE 2.
Ce couplage a été obtenu par absorption des nanotubes du groupement 22 sous l'effet d'une excitation par un flux lumineux incident 228.
Le graphique représente le spectre de transmission du guide d'onde 21. Les dénivellations constatées par rapport à un guide de référence non couplé mettent en évidence l'interaction de la lumière avec les tubes, et donc le couplage obtenu par l'agencement des nanotubes du groupement 22 autour du guide optique 21. Exemples de modes de réalisation de composants électro-optiques
Dans les exemples illustrés aux FIGURE 2, FIGURE 4, FIGURE 5, FIGURE 6 et FIGURE 8, le signal électrique 229 est appliqué ou détecté par au moins deux électrodes 231, 232 et 431 et 432 situées autour de la portion active 210 et de part et d'autre du guide d'onde optique 21, de façon à générer entre elles un champ électrique, ou générer ou détecter un courant électrique, sensiblement transversal à l'axe longitudinal A21 du guide optique 21. Typiquement, ces électrodes sont parallèles entre elles et à l'axe longitudinal du guide optique.
La FIGURE 7 représente une configuration dans laquelle deux électrodes 731, 732 sont disposées autour de la région active 720 de façon à présenter entre elles un écart E73 s'étendant le long du guide d'onde optique 21, et de façon à générer ainsi entre elles un champ électrique ou un courant électrique sensiblement parallèle à l'axe longitudinal A21 de ce guide optique. Typiquement, ces électrodes sont parallèles entre elles et transversales à l'axe longitudinal du guide optique.
Au niveau de leur croisement avec le guide optique 21, les deux électrodes 731 et 732 peuvent présenter un décrochement 7311, 7321 dans leur partie inférieure, voire sur toute leur hauteur pour les séparer chacune en deux demi électrodes, de façon à éviter que le métal de l'électrode ne soit trop près de la surface extérieure du guide et ne risque d'empêcher la transmission de lumière à l'intérieur de celui-ci.
Les FIGURE 4, FIGURE 5 et FIGURE 7 illustrent des modes de réalisation non alignés et non connectés, typiquement pour une fonction du type modulateur, c'est-à-dire que les nanotubes du groupement 42, 52, 72 ne sont pas connectés avec les électrodes 231, 232 et 431, 432, et 731, 732.
Ils sont déposés en désordre et ne sont pas alignés entre eux ni avec leur environnement. C'est la raison pour laquelle le groupement de nanotubes est représenté avec des hachures alternées uniformes, ce qui ne présume nullement de la position du ou des nanotubes à l'intérieur de ce groupement.
Dans ce composant 4, 5 et 7 le groupement 42, 52 de nanotubes forme entre les électrodes 431, 432, 531, 532, 731, 732 une couche sensiblement plane incluant la portion active 210 du guide d'onde optique 21, ou au contact de celle-ci. Les électrodes interagissent avec les nanotubes du groupement 42, 52, 72 en créant un champ électrique qui provoque au sein desdits nanotubes un effet Kerr et/ou un effet Stark. Cet effet réalise une modulation d'un flux lumineux circulant dans la portion active 210 du guide d'onde optique, en fonction d'une tension ou d'un signal électrique 229 appliqué aux électrodes.
Cette modulation peut être obtenue en intensité, par exemple par phénomène d'électro-absorption. Elle peut aussi être obtenue en modulation de phase par un effet Kerr d'électro-réfraction, et/ou en décalage d'absorption un effet Stark de décalage du pic d'absorption dans la portion active du guide d'onde optique. La portion active est par exemple introduite dans un interféromètre (Mach Zehnder, résonateur) pour transformer la modulation de phase ou de décalage d'absorption en modulation d'intensité.
Pour l'utilisation de l'électro-réfraction, la région active peut être introduite dans un interféromètre (par exemple Mach Zehnder ou résonateur) pour transformer la modulation de phase (électro-réfraction) en modulation d'intensité.
La configuration de la FIGURE 5 est celle de la FIGURE 2, avec deux électrodes 531 et 532 apposées sur le substrat 200 sur les côtés du groupement 52 et au même niveau que celui-ci. Cette disposition peut être réalisée par exemple dans l'ordre suivant : guide 210, suivi de : soit nanotubes 52 puis électrodes 531et 532, soit électrodes puis nanotubes.
La FIGURE 4 représente une configuration similaire, mais où les électrodes 431, 432 sont déposées sur le dessus du groupement 42 de nanotubes. Cette structure est facilitée par le fait que les électrodes ne sont pas connectées aux nanotubes. Elle peut être avantageuse par exemple car elle permet de déposer ces électrodes sans avoir à découper les côtés du groupement 42. Cela simplifie la réalisation et permet une meilleure densité lorsque plusieurs composants sont réalisés proches l'un de l'autre, et/ou sur une même couche de nanotube comme décrit plus loin en référence à la FIGURE 12. Cette disposition peut être réalisée par exemple dans l'ordre suivant : guide 210 puis sous-gravure 209 puis nanotubes 42 puis électrodes 631, 432.
Les FIGURE 6 et FIGURE 8 illustrent des modes de réalisation dits alignés et connectés, typiquement pour une fonction du type source ou détecteur.
Dans ce composant 6, 8 le groupement de nanotubes 62, 82 forme entre les électrodes 631, 632, 831, 832 une couche sensiblement plane incluant la portion active 210 du guide d'onde optique 21, ou au contact de celle-ci. Dans ce groupement, on a réalisé une zone dite d'alignement incluant la portion active 210 du guide optique 21 et correspondant ici à la totalité de la zone active 620. Dans cette zone d'alignement, les nanotubes du groupement de nanotubes 62, 82 sont dans leur majorité alignés dans une direction commune A62 et respectivement A82.
Les nanotubes 621a à 521n et 821 de la zone d'alignement sont dans leur majorité connectés chacun aux deux électrodes 631, 632, 831, 832.
Ainsi qu'on le voit en FIGURE 6a, le groupement de nanotubes est d'abord déposé puis aligné. Les régions extérieures 6310 et 6320 de ce groupement situées de chaque côté de la direction d'alignement A62 sont alors découpées, par exemple par gravure chimique ou au laser. On dépose alors les électrodes dans ces régions, de façon à ce qu'elles viennent en contact électrique avec les extrémités exl et ex2 correspondantes de tous les nanotubes 621a à 621b de la zone active 620.
Le composant 6, 8 ainsi obtenu peut alors être utilisé en source lumineuse ou en détecteur, voire les deux à des instants différents.
En plus des figures précédemment décrites, les FIGURE 9 à FIGURE 11 représentent différents exemples de dispositions possibles du groupement de nanotubes par rapport au guide optique. Ces dispositions peuvent être combinées avec les différents modes de réalisation de l'invention décrits ici.
En FIGURE 4, une sous-gravure du support ou substrat 200 sous la partie active 210 du guide permet de libérer un espace 209 augmentant son enveloppement par dessous.
En FIGURE 6, la partie active 210 du guide est partiellement enterrée dans le support ou substrat 200 qui reçoit les nanotubes 62 et les électrodes 631, 632.
En FIGURE 9, la partie active 310 du guide optique est disposée entre deux couches 321 et 322 de nanotubes, lesquelles sont entourées par et possiblement connectées avec deux électrodes 331 et 332. Cette disposition peut être réalisée par exemple dans l'ordre suivant : nanotubes 321 puis guide 310 puis nanotubes 322. En FIGURE 10, le guide optique 210 est enfoncé complètement dans le support ou substrat 200, et est simplement recouvert par le groupement de nanotubes 22.
Ainsi qu'illustré en FIGURE 11, tous ces composants peuvent en outre comprendre plusieurs parties actives 211 et 212 de guide optique, ici deux, couplées 299 entre elles par leur proximité et couplées ensemble avec le groupement 22 de nanotubes.
Exemple de modes de réalisation de circuit intégré hybride électronique optique
La FIGURE 12 illustre un exemple de mode de réalisation de l'invention comprenant un circuit intégré hybride 9 à lien optique interne intégré.
Ce circuit 900 comprend une pluralité de blocs électroniques, dont les blocs 99h et respectivement 99, comprenant et utilisant chacun au moins un composant électro-optique selon l'invention, dont les composants 901, 902, 903, et respectivement 991, pour communiquer entre eux par des signaux optiques 929.
Plus précisément, cette figure présente un tel circuit à lien optique agencé pour réaliser une distribution optique du signal d'horloge. Ce signal optique 929 est issu d'un bloc 90 hybride d'émission de signal optique d'horloge, qui constitue un circuit intégré hybride lui-même inclus à l'intérieur du circuit intégré hybride général 900.
Dans ce bloc hybride d'émission 90, un émetteur électro-optique à nanotubes 901 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 6 ou FIGURE 8, génère un flux lumineux dans une partie 911 de guide optique, et constitue ainsi une source lumineuse.
Un détecteur électro-optique à nanotubes 902 selon l'invention est réalisé dans une même zone alignée du même groupement 92 de nanotubes, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 6 ou FIGURE 8, et contrôle l'intensité ou la longueur d'onde du flux lumineux dans une partie 912 de guide optique en aval de la source 901.
Un modulateur électro-optique à nanotubes 903 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 4, FIGURE 5 ou FIGURE 7, est réalisé dans une partie non alignée d'une nappe formant le même groupement 92 de nanotubes, et reçoit dans sa partie active 913 de guide optique le flux lumineux provenant de la source 901. Ce modulateur 903 reçoit aussi un signal électrique d'horloge depuis un bloc horloge électronique 99h lui- même intégré dans le bloc hybride horloge 90. A partir de ce signal électrique d'horloge, le modulateur 903 module le flux issu de la source 901 pour donner un signal optique d'horloge 929. Ce signal optique est distribué dans le circuit général 900 par le circuit optique 91.
Les différents blocs électroniques 99 à 99n de ce circuit 900 utilisent tous un signal d'horloge distribué par un circuit optique intégré 91 sous forme de signal optique 929. Ce signal est reçu par chacun de ces blocs électroniques à travers un récepteur électro-optique 991 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 6 ou FIGURE 8.
On voit que l'invention permet ainsi de réaliser un lien optique rapide intégré au sein du composant général 900, en intégrant de manière monolithique les divers éléments nécessaires, dans une même puce 900.
On voit ainsi que le circuit électronique et optique intégré 900 comprend un circuit optique 91 et une pluralité de circuits électroniques 99h et respectivement 99 à 99n. Ces circuits électroniques interagissent entre eux à travers au moins un composant électro-optique 901, 902, 903 et respectivement 991 selon l'invention, qui sont intégrés à la fois dans ce circuit optique 91 et dans ces différents circuits électroniques 99h et respectivement 99 à 99n.
Ainsi, chacun de ces composants électro-optiques 901, 902, 903, et respectivement 991 est intégré à la fois dans un circuit électronique 90 et dans un circuit intégré optique 91, lesquels circuits intégrés électronique et optique interagissent entre eux à travers lui.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant photonique (2, 4, 5, 8) comprenant au moins un guide linéaire (21) d'onde optique en silicium ou en nitrure de silicium dont une portion intégrée dite active (210) est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement (22) d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs, lesquels interagissent électriquement dans une zone dite active (220) s'étendant de part et d'autre de ladite portion active (210) du guide d'onde optique, avec au moins deux électrodes (231, 232) disposées de part et d'autre de ladite portion active (210), induisant ainsi un couplage électro-optique entre
- d'une part un signal électrique (229) appliqué entre lesdites électrodes, et
- d'autre part un signal optique (219) émis ou modifié dans ladite portion active du guide d'onde optique vers le reste dudit guide optique.
2. Composant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le guide d'onde optique comprend, dans sa portion active, une structure optique d'amplification de signal lumineux.
3. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal électrique (229) est appliqué par au moins deux électrodes (231, 232) situées autour de la portion active (210) et de part et d'autre du guide d'onde optique (21), de façon à générer entre elles un champ ou un courant électrique sensiblement transversal à l'axe longitudinal (A21) du guide optique (21).
4. Composant (2, 4, 5, 7, 903) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les électrodes (431, 432, 531, 532, 731, 732) interagissent avec les nanotubes du groupement (42, 52, 72) sans connexion électrique, en créant un champ électrique qui provoque au sein desdits nanotubes un effet Kerr et/ou un effet Stark et/ou une électro-absorption réalisant une modulation d'un flux lumineux (219) circulant dans la portion active (210) du guide d'onde optique (21), en fonction d'une tension ou d'un signal électrique (229) appliqué aux électrodes.
5. Composant (2, 6, 8, 901, 902) selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que, dans une zone dite d'alignement incluant la portion active (210) du guide optique (21) et tout ou partie de la zone active (620), les nanotubes (621, 821) du groupement de nanotubes (62) sont dans leur majorité alignés dans une direction commune (A62).
6. Composant (2, 6, 8, 901) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les nanotubes (621, 821) de la zone d'alignement sont, dans leur majorité, connectés chacun aux deux électrodes (631 et 632), l'application auxdites électrodes d'une tension ou d'un signal électrique (226) créant ainsi dans lesdits nanotubes connectés (621, 821) une injection de porteurs de charge provoquant par phénomène d'électroluminescence une émission d'un flux lumineux à l'intérieur d'un mode optique (69, 89) incluant en tout ou partie la portion active (210) du guide d'onde optique (21), créant à partir du signal (229) ou de la tension appliqués aux électrodes un flux lumineux (219) dans le guide d'onde optique (21) et réalisant ainsi une source lumineuse pour ledit guide optique.
7. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal électrique (229) appliqué ou détecté au sein du groupement de nanotubes (22, 62, 72, 82) est un signal bipolaire.
8. Composant (2, 4, 5, 6, 7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupement de nanotubes (2, 42, 52, 62, 72) comprend une pluralité de nanotubes.
9. Composant (90) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de guides d'onde optique (911, 912, 913), enrobés en tout ou partie par des nanotubes au sein d'un même groupement de nanotubes (92) ;
lesdits guides d'onde optique interagissant indépendamment l'un de l'autre avec chacun au moins deux électrodes, lesdites électrodes déterminant une pluralité de zones actives indépendantes ;
réalisant ainsi une pluralité de composants (901, 902, 903) chacun selon l'une quelconque des revendications précédentes (respectivement 7, 8, 9), lesdits composants étant fonctionnellement indépendants les uns des autres tout en utilisant un même groupement de nanotubes (92).
10. Composant (2, 4, 6, 7, 8, 90, 991) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré à la fois dans un circuit électronique et dans un circuit intégré optique, lesdits circuits intégrés électronique et optique interagissant entre eux à travers ledit composant électro-optique.
11. Circuit électronique et optique intégré (900) comprenant au moins un circuit optique (91) et au moins un circuit électronique (99h, 99), interagissant entre eux à travers au moins un composant électro-optique (901, 902, 903, et respectivement 991) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit composant électro-optique étant intégré à la fois dans ledit circuit optique (91) et dans ledit circuit électronique (99h, 99).
12. Circuit (900) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de blocs électroniques (99h, respectivement 99) comprenant et utilisant chacun au moins un composant optique-optique ou électro-optique (901, 902, 903, respectivement 991) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 pour communiquer entre eux par des signaux optiques (929).
13. Procédé de fabrication de composant électro-optique ou de circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins, pour la réalisation d'un couplage entre au moins un guide d'onde optique (21) et un ou plusieurs nanotubes (621) :
- une création d'au moins une région (42, 62, 322) formant un groupement d'un ou plusieurs nanotubes (421, 621), enrobant au moins une portion (210, 310) de guide d'onde optique (21) et interagissant électriquement avec au moins deux électrodes (431, 432, 631, 632, 331, 332) situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou
- une création d'au moins une portion (310) de guide d'onde optique enrobé en tout ou partie par au moins une région (321) formant un groupement d'un ou plusieurs nanotubes interagissant électriquement avec au moins deux électrodes (331, 332) situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou
- une combinaison (321, 322) de ces deux opérations.
14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, l'opération de création comprend les étapes suivantes :
- gravure ou dépôt formant au moins un guide optique (21, 210) en silicium ou nitrure de silicium ;
- dépôt d'une région (42, 62, 82) formant un groupement de un ou plusieurs nanotubes (421, 621 à 621n, 821) de type semiconducteur entourant tout ou partie de la périphérie d'au moins une portion dite active (210) dudit guide d'onde optique (21) ;
- gravure ou dépôt d'électrodes (431, 432, 631, 632) entourant de part et d'autre ladite portion active (210) du guide d'onde optique et agencées pour interagir (49, 69) électriquement avec les nanotubes (421, 621 à 621n, 821) entourant ladite portion active (210).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre une étape de dépôt de nanotubes (621 à 621n, 821) et une étape de création des électrodes (631, 632) :
- une étape de gravure ou découpe dudit groupement (62) de nanotubes en deux régions de découpe (6310, 6320) réparties de part et d'autre de la portion active (210) du guide d'onde optique, lesdites régions de découpe étant agencées pour couper une même pluralité de nanotubes (621 à 621n) au sein dudit groupement ;
l'étape de création des électrodes comprenant un dépôt ou une croissance desdites électrodes (631, 632) à l'intérieur desdites régions (6310, 6320) de découpe, de façon à connecter électriquement lesdites électrodes aux deux extrémités (exl, ex2) d'une même pluralité de nanotubes (621 à 621n) du groupement de nanotubes.
16. Procédé de fabrication de composant électro-optique selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération de création comprend les étapes suivantes :
gravure ou dépôt, d'une part, de matériau formant au moins un guide optique (21) en silicium ou nitrure de silicium, et d'autre part d'électrodes (531, 532) entourant de part et d'autre une portion dite active (210) du guide d'onde optique ;
- dépôt d'un groupement de nanotubes (52) de type semiconducteur enrobant tout ou partie de la périphérie d'au moins ladite portion active (210) dudit guide d'onde optique et agencés pour interagir électriquement avec lesdites électrodes.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de sous-gravure du substrat ou de la couche (200) située sous le guide d'onde optique (21), réalisée au niveau de la portion active (210) de façon à permettre au groupement de nanotubes (42) de venir enrober la partie inférieure dudit guide d'onde optique.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'au moins une région monobloc (92) formant un groupement de nanotubes, suivie d'une ou plusieurs opérations de réalisation d'une pluralité de composants (901, 902, 903) selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, fonctionnellement indépendants et réalisées au sein d'un même groupement de nanotubes (92).
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôle de la longueur d'onde optique du couplage optique ou électro-optique par le choix de l'index d'enroulement (n, m) des nanotubes (421, 621, 821) du couplage.
20. Procédé de fabrication de circuit intégré hybride optoélectronique comprenant d'une part une réalisation d'au moins un circuit électronique
(99h, 99) et d'autre part une réalisation d'au moins circuit optique (91) au sein d'un même circuit intégré (9), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une étape de réalisation d'au moins un composant électrooptique (901, 902, 903, 991) selon l'une quelconque des revendications 13 à 19 intégré à la fois audit circuit électronique et audit circuit optique.
EP11735496.9A 2010-06-15 2011-06-15 Composant électro-optique à nanotubes, circuit intégré hybride optronique ou à lien optique intégrant ce composant, et procédé de fabrication Withdrawn EP2583133A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1054744A FR2961320B1 (fr) 2010-06-15 2010-06-15 Composant electro-optique a nanotubes, circuit integre hybride optronique ou a lien optique integrant ce composant, et procede de fabrication.
PCT/FR2011/051355 WO2011157948A1 (fr) 2010-06-15 2011-06-15 Composant electro-optique a nanotubes, circuit integre hybride optronique ou a lien optique integrant ce composant, et procede de fabrication.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2583133A1 true EP2583133A1 (fr) 2013-04-24

Family

ID=43302374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11735496.9A Withdrawn EP2583133A1 (fr) 2010-06-15 2011-06-15 Composant électro-optique à nanotubes, circuit intégré hybride optronique ou à lien optique intégrant ce composant, et procédé de fabrication

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9568671B2 (fr)
EP (1) EP2583133A1 (fr)
JP (1) JP6033770B2 (fr)
FR (1) FR2961320B1 (fr)
WO (1) WO2011157948A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6600513B2 (ja) * 2015-09-04 2019-10-30 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10229267A1 (de) * 2002-06-28 2004-01-29 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung und nichtlineares optisches Bauelement
JP2004279865A (ja) * 2003-03-18 2004-10-07 Ricoh Co Ltd 有機導波路型光変調器および該有機導波路型光変調器を構成要素とする光通信システム
ITTO20030425A1 (it) * 2003-06-06 2004-12-07 St Microelectronics Srl Dispositivo interruttore elettrico a comando ottico basato su nanotubi di carbonio e sistema interruttore elettrico utilizzante tale dispositivo interruttore.
US20050249249A1 (en) * 2003-12-31 2005-11-10 Pettit John W Wavelength division multiplexing using carbon nanotubes
JP2005332991A (ja) * 2004-05-20 2005-12-02 Univ Nagoya カーボンナノチューブ発光素子
US8471238B2 (en) * 2004-09-16 2013-06-25 Nantero Inc. Light emitters using nanotubes and methods of making same
JP5019731B2 (ja) * 2005-09-06 2012-09-05 国立大学法人 東京大学 光デバイス
FR2916902B1 (fr) * 2007-05-31 2009-07-17 Commissariat Energie Atomique Transistor a effet de champ a nanotubes de carbone
US20100276675A1 (en) * 2007-12-05 2010-11-04 Reiko Taniguchi Light-emitting device
US8440994B2 (en) * 2008-01-24 2013-05-14 Nano-Electronic And Photonic Devices And Circuits, Llc Nanotube array electronic and opto-electronic devices
US20090268765A1 (en) * 2008-04-28 2009-10-29 Daniel Mahgerefteh Intra-Cavity Phase Modulated Laser Based on Intra-Cavity Depletion-Edge-Translation Lightwave Modulators
WO2011135978A1 (fr) * 2010-04-28 2011-11-03 学校法人 慶應義塾 Émetteur de lumière à nanotubes de carbone, source de lumière et photocoupleur

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAKENOBU TAISHI ET AL: "Optical evidence of Stark effect in single-walled carbon nanotube transistors", APPLIED PHYSICS LETTERS, A I P PUBLISHING LLC, US, vol. 89, no. 26, 29 December 2006 (2006-12-29), pages 263510 - 263510, XP012087930, ISSN: 0003-6951, DOI: 10.1063/1.2425009 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2961320A1 (fr) 2011-12-16
JP2013535028A (ja) 2013-09-09
US20130216178A1 (en) 2013-08-22
WO2011157948A1 (fr) 2011-12-22
JP6033770B2 (ja) 2016-11-30
US9568671B2 (en) 2017-02-14
FR2961320B1 (fr) 2013-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3352312B1 (fr) Dispositif photonique comportant un laser optiquement connecté à un guide d'onde silicium et procédé de fabrication d'un tel dispositif photonique
EP2411863B1 (fr) Modulateur optique à haut débit en semi-conducteur sur isolant
EP3540878B1 (fr) Dispositif photonique comportant un laser optiquement connecté à un guide d onde silicium et procédé de fabrication d'un tel dispositif photonique
EP3206079B1 (fr) Transmetteur photonique
FR3072834A1 (fr) Dispositifs a semi-conducteur contraint en tension de detection et d'emission photonique et systeme photonique integre
EP2811593B1 (fr) Dispositif d'émission laser accordable
WO2011039478A1 (fr) Modulateur optique compact a haut debit en semi-conducteur sur isolant
EP2510391A1 (fr) Dispositif de couplage d'une onde électromagnétique entre un guide d'onde et un guide métallique à fente, procédé de fabrication dudit dispositif, et coupleur optique et électrique d'un objet utilisant le dispositif de couplage optique
EP3642914B1 (fr) Composant laser semiconducteur hybride et procédé de fabrication d'un tel composant
WO2011157948A1 (fr) Composant electro-optique a nanotubes, circuit integre hybride optronique ou a lien optique integrant ce composant, et procede de fabrication.
WO2011012833A2 (fr) Dispositifs electro-optiques bases sur la variation d'indice ou d'absorption dans des transitions isb
WO2021004930A1 (fr) Assemblage d'un composant semi-conducteur actif et d'un composant optique passif à base de silicium
FR2688964A1 (fr) Photorecepteur en onde guidee a base de puits quantiques de materiaux semiconducteurs, notamment pour systeme de communication coherent en diversite de polarisation.
FR2867898A1 (fr) Fabrication d'une couche d'interconnection optique sur un circuit electronique
FR3084481A1 (fr) Modulateur-commutateur athermique a deux anneaux superposes
FR2790837A1 (fr) Systeme optoelectronique comprenant plusieurs sections a fonctions respectives couplees par couplage evanescent et procede de realisation
WO2002017452A1 (fr) Dispositif optique amplificateur
EP4148470A1 (fr) Procede de fabrication d'un systeme optoelectronique en photonique sur silicium comportant un dispositif optique couple a un circuit photonique integre
WO1998040784A1 (fr) Dispositif de commutation-modulation de lumiere

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20130109

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20170220

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200103