Photonische Kristallresonatoren im CMOS-Verfahren.

Es wird versucht, den Stromverbrauch zu senken, indem Informationen, die früher elektrisch als Signale verarbeitet wurden, nun in Form von Licht verarbeitet werden. Insbesondere die Forschung im Bereich der Silizium-Photonik, die darauf abzielt, den Energieverbrauch von Systemen zu senken, indem die Verdrahtung in den Chips durch Licht ersetzt wird, ist sehr aktiv. Die derzeitige Forschung im Bereich der Silizium-Photonik konzentriert sich auf die Entwicklung von Technologien zur Übertragung von Licht innerhalb des Chips, aber in Zukunft könnte Licht auch eine Rolle bei der Signalverarbeitung spielen, um ultimative Energieeinsparungen zu erzielen. Zu diesem Zweck werden als photonische Kristallresonatoren bezeichnete Elemente, die Licht stark einschränken können, als wesentlich angesehen.

Auf dieser Grundlage war es das Ziel dieser Forschung, photonische Kristalle als neues Element in die Silizium-Photonik einzubeziehen. Diese Integration wurde bisher aufgrund zweier Nachteile nicht erreicht: erstens wegen der unterschiedlichen Herstellungsmethoden. Photonische Elemente aus Silizium werden zunehmend mit Hilfe der Photolithographie im CMOS-Verfahren hergestellt, mit dem Ziel, sie in Zukunft in CMOS-Elemente zu integrieren. Im Gegensatz dazu werden photonische Kristalle durch Elektronenstrahllithographie hergestellt. Photonische Elemente aus Silizium bestehen aus SiO₂(Siliziumdioxid), während herkömmliche photonische Kristalle eine vernetzte Struktur erfordern. Herkömmliche Geräte ließen sich daher nur schwer auf ein und demselben Siliziumchip unterbringen.

Man ging davon aus, dass photonische Kristalle nicht mit der Präzision der Photolithographie, dem gängigen CMOS-Verfahren, hergestellt werden können, aber dieses Problem wurde durch ein Design überwunden, das als Breitenvariationstyp bekannt ist und in Abb. 1(a) dargestellt ist. In dem als L3 bezeichneten Resonator kleben benachbarte Löcher aneinander, so dass es unmöglich ist, das Element genau zu fertigen.