Assas Recherche | Opportunités et défis d’une intégration 3D pour les nouvelles architectures de modules photoniques sur silicium Tbps/cm2

Opportunités et défis d’une intégration 3D pour les nouvelles architectures de modules photoniques sur silicium Tbps/cm2 (Document en Français)

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Informations sur les contributeurs

Auteur : Tissier Pierre

Tissier, Pierre

Nom

Tissier

Prénom

Pierre

Nationalité

Français

Date de soutenance : 06-10-2021

Directeur(s) de thèse : Broquin Jean-Emmanuel

Broquin, Jean-Emmanuel

Nom

Broquin

Prénom

Jean-Emmanuel

- Farcy Alexis

Farcy, Alexis

Nom

Farcy

Prénom

Alexis

- Charbonnier Jean

Charbonnier, Jean

Nom

Charbonnier

Prénom

Jean

Etablissement de soutenance : Université Grenoble Alpes

Université Grenoble Alpes

Nom

Université Grenoble Alpes

Laboratoire : Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)

Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)

Nom

Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)

Ecole doctorale : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)

École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)

Nom

École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)

Informations générales

Discipline : Nanoélectronique et nanotechnologie
Classification : Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : Tsv, Intégration 3D, Photonique
Mots-clés :

Circuits intégrés tridimensionnels
Photonique
Silicium

Résumé : De plus en plus de données sont produites et transférées chaque année. L’essor de nouvelles technologies telles que le calcul haute performance ou l’intelligence artificielle exige des liens à fort débits entre les différents nœuds de calcul et les mémoires. Les liens optiques, plus performants et plus économes en énergie que les liens électriques, sont une solution de choix pour répondre à ces besoins. Afin de faire l’interface entre les liens optiques et les cœurs de calcul électriques et pour approcher au plus près le lien optique pour maximiser les débits, une architecture tridimensionnelle à base d’interposeur photonique est présentée. Cet interposeur est réalisé en silicium pour être compatible avec les cœurs de calcul qu’il héberge, mais aussi avec les liens optiques en utilisant une technologie photonique intégrée sur silicium. La cointégration de la photonique sur silicium avec les interconnexions 3D nécessaires au bon fonctionnement de l’interposeur est donc cruciale pour assurer de bonnes performances. Cette cointégration présente des défis importants, tant d’un point de vue microscopique que macroscopique. D’un point de vue microscopique, la présence d’interconnexions métalliques proches des éléments photoniques peut modifier les propriétés optiques du système. Cette étude vise à quantifier cette perturbation, et de présenter aux architectes des règles de dessin pertinentes pour garantir un bon fonctionnement optique. Des caractérisations expérimentales ont démontré qu’une zone d’exclusion réduite est nécessaire autour des composants optiques les plus sensibles. Des études complémentaires ont été conçues pour étudier plus finement l’effet photoélastique afin de l’appliquer à d’autres domaines pouvant bénéficier de ces valeurs. D’un point de vue macroscopique, l’interposeur, par sa géométrie, est sujet à de fortes déformations thermomécaniques empêchant l’assemblage final. Nous avons quantifié la déformation de l’interposeur grâce à la profilomètre optique confocale, contrôlée en température. Une couche de compensation a été également conçue pour réduire la courbure de l’interposeur à des valeurs compatibles avec les dimensions des puces visées. Cette couche de compensation, parfaitement compatible avec le reste de l’intégration de l’interposeur, possède une texturation lui conférant des propriétés modulables en fonction du type d’architecture considérée. Enfin, les technologies utilisées dans les interconnexions 3D ont été appliquées à la photonique, notamment par la réalisation d’une cavité d’isolation thermique. Cette cavité isole thermiquement des composants optiques nécessitant de la chaleur, et permet de réduire la consommation énergétique globale de l’interposeur en réduisant les fuites thermiques. Les différents défis pour la réalisation de l’interposeur photonique ont été adressés et des règles de dessin ont été établies pour les prochaines architectures basées sur un interposeur photonique silicium.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2021GRALT059
Type de ressource : Thèse