Nanophotonique Silicium

Présentation au sujet: "Nanophotonique Silicium"— Transcription de la présentation:

1 Nanophotonique Silicium
Laboratoire Silicium Nanoélectronique Photonique et Structures Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée CEA/Grenoble

2 Nanophotonique ?! Nanoélectronique pourrait….devrait….devra… utiliser les photons ?! Aujourd’hui les puces proviennent de fondeurs tels que IBM ou INTEL Guide d'onde : 2.4 db/mm (IBM) Modulateur Thermo-optic (IBM) Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser A.W.Fang et al., 2 October 2006 Optics Express (Intel - UCSB)

3 Nanophotonique Silicium
Contrôler l'émission de lumière, pour réaliser des dispositifs ... contrôler sa localisation, Si SiO2 Nos objectifs & notre approche

4 Un matériau de choix, le Silicium sur Isolant (SOI)
nSi=3.45 nair=1 nSiO2=1.48 SiO2 SiO 2 c_ Si (44nm) interfaces Guidage par réflexion totale interne Si SiO2 Crystaline QW

5 Le SOI et les Cristaux Photoniques
G K M Bande interdite photonique Modes couplés à l’espace libre Modes non couplés à l’espace libre

6 CEA : 16000 p. , 9 research centers
4 poles Nucléaire Militaire Energie Nucléaire Recherche Technologique Recherche Fondamentale DSV DSM 2500 p.(1700 CEA) GRENOBLE, 400p. Centre de Recherche Grenoble GRENOBLE, 400p. GRENOBLE, 900p.

7 Partenaires Industriels
MINATEC Centre m² Recherche appliquée Léti Partenaires Industriels Recherche DRFMC+ INPG + Léti Recherche DRFMC+ CNRS Maison des Micro-Nano Technologies Enseignement INPG

8 Le Laboratoire SiNaPS / DRFMC
nanostructures Si 20 nm nanophotonique Si jusqu'à la réalisation de dispositifs electro-optiques MINATEC center

9 Cavités à grands Q V~ 0.6 (l/n)3 ~ 0.052 µm3 Q > 60.000
Collaboration IOTA & LTM N = 3 tapered section SiO2 cavity Si mirror 500 nm N=7 Q > V~ 0.6 (l/n)3 ~ µm3 P.Velha et al, Appl. Phys. Lett., 89 (2006) P.Velha et al, New Journ. Phys., 8 (2006)

10 Add drop Collaboration IMEP & LETI Q = 35.000 @ l = 1606 nm (8µm)
A.Morand, et al., Optics Express, 14 (26), (2006).

11 Microrésonateurs à très grand Q
Collaboration IMEP & LKB µdisque SiO2 + dépot SRO:Er + fusion laser CO2 µtore SiO2 Q = F = 15 µm Q > 108 J. Verbert et al., Appl. Phys. Lett. 86, 1 (2005) J. Verbert et al., Eur. Phys. J. Appl. Phys. 34 (2006)

12 Localisation des porteurs et émission à l'ambiante
3D box B. Cluzel, Appl. Phys. Lett., 88 (2006) La localisation sans confinement quantique permet une émission à 1.145µm à l'ambiante Localization above quantum confinement B. Cluzel, Appl. Phys. Lett., 89 (2006)

13 Structure à cristaux photoniques à modes lents
Augmentation de l'extraction de 70% Plus de 35% de la lumière est extraite verticalement Spot d'excitation et de collection = 2 µm Reduced frequency (a / ) Wave vector in the first Brillouin zone TE TM Light cone Γ M K a = 320 nm a = 640 nm Expliquer la PL localisée M. Zelsmann, Appl. Phys. Lett. 83 (13), 2542 (2003)

14 Spectroscopie en champ proche
Collaboration LPUB SNOM Échantillon Objectif de collection Objectif d’injection Facettes clivées 0.4 µm Image MEB B. Cluzel, Appl. Phys. Lett. 88, (2006) Far field waveguided plus extra near field tip at the same time B. Cluzel, J. Appl. Phys. 98, (2005) B. Cluzel, Appl. Phys. Lett. 85 (2004)

15 IT(l) down up z >100nm z =4nm NOEMS ~100nm SiO2 Tip up Tip down
Collaboration LPUB & LTM & IOTA Tip up z >100nm ~100nm SiO2 Light in IT(l) down z =4nm Near-Field Interaction Tip down up Nanocavité accordable en champ proche Accord sur ~ 1nm Sans dégradation de Q

16 Collaborations http://www-drfmc.cea.fr/ thomas.charvolin@cea.fr

17 Du 2D au 3D : interaction 1D + 2D
Collaboration LEOM & IEF + = lower Q SOI Couple 2D and 1D & tune spacer thickness higher Q E. Hadji, Proc. SPIE - Phot. West 2005 X. Li, Appl. Phys. Lett 88, (2006)

18 Cristaux photoniques bi-dimensionnels : diagramme de bandes

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