High-efficient electrodes for novel optoelectronic devices in silicon photonics

Abstract

La fotónica de silicio es actualmente la tecnología mejor posicionada para reemplazar las conexiones electrónicas tanto dentro de los mismos chips, como entre ellos mismos, con el fin de mejorar su rendimiento. Las principales ventajas de la tecnología fotónica de silicio residen en su bajo coste y en su compatibilidad con las actuales técnicas de fabricación desarrolladas por la industria microelectrónica. Dicha compatibilidad permitiría fabricar tanto chips ópticos como chips híbridos que incluyan componentes ópticos y electrónicos. Los moduladores y los conmutadores optoelectrónicos resultan dispositivos fundamentales en aplicaciones de telecomunicaciones. Las principales funciones de los conmutadores y moduladores optoelectrónicos son el enrutamiento y la transmisión de datos de alta velocidad. Esta tesis aborda el diseño y la optimización de la parte eléctrica y óptica (en menor medida) con el fin de optimizar el rendimiento de tales dispositivos desde el punto de vista optoelectrónico. Además, también se tratará la introducción de nuevos materiales compatibles con el silicio y sus procesos de fabricación, como el dióxido de vanadio o el titanato de bario con el fin de demostrar sus propiedades y aplicarlas a los dispositivos optoelectrónicos con el fin de mejorar su rendimiento.

Silicon photonics is nowadays the most promising technology to replace electrical inter- and intra-connections of the chips, increasing the performance in this way. The main advantages of silicon photonics technology lie on its low cost and its compatibility with the fabrications processes of microelectronics industry developed during years which allows the mass production of silicon photonics chips as well hybrid electronic and photonic devices in the same chip. Optoelectronics switches and modulators are key building blocks in photonic devices for tele/datacom applications. Such switches and modulators are devices which provides routing functionalities and the transmission of high speed data respectively. The work of this thesis delves with the design and optimization of silicon based switches and modulators spotlighting the electrical elements. Additionally, the work of this theses deals with the introduction of new silicon-compatible materials as vanadium dioxide and barium titanate, with the aim of demonstrating its functionalities and develop high-performance optoelectronic devices.

La fotònica de silici és actualment la tecnologia millor posicionada per a reemplaçar les connexions electròniques tant dins del propis xips, com entre ells mateixos, amb la finalitat de millorar el seu rendiment. Els principals avantatges de la tecnologia fotònica de silici resideixen en el seu baix cost i en la seua compatibilitat amb les actuals tècniques de fabricació desenvolupades per la indústria microelectrònica. Aquesta compatibilitat permetria fabricar tant xips òptics com a xips híbrids que incloguen components òptics i electrònics. Els moduladors i els commutadors optoelectrònics resulten dispositius fonamentals en aplicacions de telecomunicacions. Les principals funcions dels commutadors i moduladors optoelectrònics són l'encaminament i la transmissió de dades d'alta velocitat. Aquesta tesi aborda el disseny i l'optimització de la part elèctrica i òptica (en menor mesura) amb la finalitat d'optimitzar el rendiment de tals dispositius des del punt de vista optoelectrònic. A més, també es tractarà la introducció de nous materials compatibles amb el silici i els seus processos de fabricació, com el diòxid de vanadi o el titanato de bari amb la finalitat de demostrar les seues propietats i aplicar-les als dispositius optoelectrònics amb la finalitat de millorar el seu rendiment.