CMOS 공정을 이용한 포토닉 결정 공진기

기존에 전기로 신호 처리하던 정보를 빛으로 처리하여 소비전력을 낮추려는 시도가 시작되고 있다. 특히 칩 내의 배선을 빛으로 대체하여 시스템의 저에너지화를 실현 사양으로 하는 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)라는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 현재 실리콘 포토닉스 연구에서는 빛의 칩 내 전송과 관련된 기술 개발에 중점을 두고 있지만, 궁극적인 에너지 절감을 실현하기 위해 미래에는 신호 처리도 빛이 담당할 가능성이 있습니다. 이를 위해서는 빛을 강하게 가둘 수 있는 광결정 공진기라는 소자가 필수적으로 요구되고 있습니다.

이를 바탕으로 본 연구에서는 포토닉 크리스탈을 실리콘 포토닉스의 새로운 소자로 통합하는 것을 목표로 삼았다. 이 통합은 지금까지 실현되지 못했던 두 가지 난점이 있었는데, 첫 번째는 제작 방법의 차이입니다. 실리콘 포토닉스 소자는 향후 집적화 및 CMOS 소자와의 통합을 목표로 CMOS 공정의 포토리소그래피로 제작하는 것이 주류가 되고 있습니다. 반면, 포토닉 결정은 전자선 드로잉으로 제작되며, 두 번째는 구조의 차이입니다. 실리콘 포토닉스의 소자는 SiO₂(이산화규소) 위에 제작하는 것이 일반적이지만, 기존의 포토닉 결정은 가교 구조를 가져야 했다. 따라서 기존 소자는 동일한 실리콘 칩에 집적하는 것이 어려웠습니다.

포토닉 결정은 CMOS 공정의 주류인 포토리소그래피의 정밀도로는 제작할 수 없다고 여겨졌지만, 그림 1(a)에 나타낸 폭 변화형이라는 설계를 채택하여 이 문제를 극복했다. 실제로 L3라고 불리는 공진기에서는 인접한 구멍이 서로 달라붙어 정확하게 소자를 제작할 수 없습니다.