AIM Photonics和Analog Photonics通過AP_SUNY PDK 4.0a的統(tǒng)計(jì)學(xué)緊湊模型，最大化光子芯片的可制造性。

圖1：部分AP_SUNY v4.0a CML中的INTERCONNECT緊湊模型（共計(jì)60多個(gè)）

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廣闊的商業(yè)市場(chǎng)對(duì)制造成本和可擴(kuò)展性的需求驅(qū)動(dòng)著設(shè)計(jì)流程的不斷成熟。近年來，光子工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）的推出顯著提高了光子設(shè)計(jì)的抽象水平和生產(chǎn)力，這是通過采用先進(jìn)的光電子集成電路級(jí)設(shè)計(jì)流程才得以實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)流程包括使用Ansys Lumerical的光電子集成電路仿真工具INTERCONNECT以及緊湊模型自動(dòng)化工具CML Compiler。

為了滿足行業(yè)對(duì)提高良率、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間的需求，支持統(tǒng)計(jì)學(xué)功能的PDK和設(shè)計(jì)流程變得尤其重要。準(zhǔn)確模擬工藝制造偏差可以降低高昂的反復(fù)原型迭代的費(fèi)用，縮短設(shè)計(jì)周期，提高良率，最大化投資回報(bào)。

AIM Photonics、NY CREATES、Analog Photonics和Ansys Lumerical 聯(lián)合開發(fā)了支持統(tǒng)計(jì)模型的PDK套件，以滿足市場(chǎng)需求。Analog Photonics的PDK器件庫(kù)率先在Lumerical的INTERCONNECT中支持統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，這些光子模型基于器件的晶圓級(jí)測(cè)量數(shù)據(jù)，包含了波導(dǎo)、無(wú)源器件和有源器件的工藝誤差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該P(yáng)DK可極大幫助光子芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)，并由AIM Photonics多項(xiàng)目晶圓（MPW）服務(wù)在NY CREATES Albany納米技術(shù)中心先進(jìn)的300mm微電子芯片制造廠生產(chǎn)。

AP_SUNY PDK 4.0a 是采用Lumerical緊湊模型的300mm晶圓半導(dǎo)體光子工藝設(shè)計(jì)套件，4.0a版本是在過去四年里的第七次重大更新。它包含60多個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證且業(yè)界最佳的調(diào)制器和探測(cè)器，兼容3種AIM技術(shù)（passive, full-build and passive interposer）。PDK器件庫(kù)中，所有對(duì)工藝敏感的器件均含有統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，其中包括：5個(gè)波導(dǎo)、5個(gè)無(wú)源器件（C+L頻帶3端口分路器、C+L頻帶4端口分路器、C+L頻帶99/1 tap、C+L頻帶90/10 tap、O頻帶4端口分路器）和12個(gè)有源器件（3個(gè)馬赫澤德調(diào)制器、4個(gè)C+L頻帶可調(diào)諧微盤調(diào)制器、4個(gè)C+L頻帶可調(diào)諧濾波器和1個(gè)O頻帶微盤調(diào)制器）。

AP_SUNY PDK 4.0a基于此前的PDK v3.5b進(jìn)行改進(jìn)，增加了馬赫澤德調(diào)制器的摻雜分布統(tǒng)計(jì)變化模型。此外，還新增了四個(gè)器件，包含基于物理結(jié)構(gòu)變化的統(tǒng)計(jì)分布。

Analog Photonics的PDK研發(fā)總監(jiān)Erman Timurdogan博士表示：“采用v4.0a，用戶可以利用基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，并且該組件庫(kù)可以支持Active Interposer。這些統(tǒng)計(jì)學(xué)模型可用于預(yù)測(cè)器件、系統(tǒng)或產(chǎn)品性能、良率和corner analysis，降低制造和測(cè)試的時(shí)間和費(fèi)用。這些模型還有助于在AIM Photonics平臺(tái)上進(jìn)行可制造性設(shè)計(jì)（DFM）實(shí)踐。”

Ansys Lumerical首席技術(shù)官James Pond稱：“首次推出統(tǒng)計(jì)學(xué)緊湊模型是我們?cè)诖蛟炜蛻羲璧漠a(chǎn)業(yè)化環(huán)境方面的又一個(gè)重要里程碑。”

AIM Photonics首席運(yùn)營(yíng)官兼EPDA、測(cè)試、封裝和工藝研發(fā)總監(jiān)David Harame博士表示：“能率先提供來自Lumerical的統(tǒng)計(jì)學(xué)CML，我們深感自豪。借助最新的PDK 4.0a，我們將繼續(xù)運(yùn)用基于摻雜分布的統(tǒng)計(jì)方法來推動(dòng)PIC生態(tài)系統(tǒng)走向前沿。”

圖2：AP_SUNY CML器件庫(kù)中，C+L頻帶且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的環(huán)形調(diào)制器

AP_SUNY v4.0a CML中包含超過25個(gè)帶有統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的器件，可助力光子集成電路設(shè)計(jì)人員在Lumerical INTERCONNECT中開展Corner和Monte Carlo分析，研究波導(dǎo)寬度、高度和摻雜分布（有源器件）等工藝誤差對(duì)設(shè)計(jì)的影響。圖2是AP_SUNY v4.0a CML中16個(gè)含有統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的有源器件之一。這個(gè)C頻帶環(huán)形調(diào)制器的緊湊模型考慮了環(huán)形波導(dǎo)寬度和高度的制造變化。圖2展示了在INTERCONNECT中運(yùn)行Monte Carlo仿真所獲得的環(huán)形諧振波長(zhǎng)和FSR的變化。

注：NY CREATES目前負(fù)責(zé)位于紐約州Albany的制造工廠并管理所有AIM Photonics運(yùn)營(yíng)，PDK的新版本將被重新命名，以體現(xiàn)這一變化。訪問ny-creates.org了解更多詳細(xì)信息。

AIM Photonics于2015年在紐約州羅切斯特正式成立，以提高美國(guó)光電制造能力，以加速光電子集成行業(yè)在商業(yè)和國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域從創(chuàng)新走向成熟制造的系統(tǒng)開展。該研究所由美國(guó)紐約州立大學(xué)研究基金會(huì)負(fù)責(zé)管理，由國(guó)防部主導(dǎo)，始創(chuàng)成員有124家企業(yè)以及紐約州立大學(xué)研究基金會(huì)領(lǐng)導(dǎo)的非營(yíng)利機(jī)構(gòu)和大學(xué)。