Process design kits implementation for advanced InP-based photonic technologies

In this thesis work, we propose the Process design kits (PDKs) implementation for advanced InP-based photonic technologies offered by the foundry of the Fraunofer Heinrich Hertz Institute (HHI). Starting from the model, it is possible to enrich the information associated to a building block (BB) with the simulation results and the experimental data that permit to map the geometrical parameters into the optical parameters. Since a PDK describes the entire behaviour of the foundry BBs, we can add another information inside the design kit, that is the statistical information related to the unavoidable fluctuations of the production process. The possibility of having statistical informations in a design kit allows in fact to access to new types of analysis, based on statistical tools. The statistical analysis is made through a specific technique, the Monte Carlo (MC) method in order to evaluate the effects produced by the fabrication tolerances on the parameters on the output of the circuit expressed as the transfer function in function of the wavelength. The performance of a circuit is then evaluated estimating the yield of the process and making an analysis of sensibility which requires the calculation of two types of indices, the Sobol indices and the M parameters. The knowledge of the values of these indices is aimed to the identification of the parameter whose variability has a greater impact on the system and so how the different parameters subjected to tolerances are responsible of the degradation of the performances.

In questo lavoro di tesi, si propone l’implementazione di process design kits (PDKs) per tecnologie fotoniche avanzate InP-based offerte dalla fonderia del Fraunofer Heinrich Hertz Institute (HHI). A partire dal modello, e’ possibile arricchire le informazioni associate ad un building block (BB) con i risultati delle simulazioni ed i dati sperimentali che consentono di mappare i parametri geometrici nei parametri ottici. Dal momento che un PDK descrive l’intero comportamento dei BBs della fonderia, e’ possibile aggiungere un’altra informazione all’interno del design kit, che comprende le informazioni statistiche relative alle inevitabili fluttua- zioni del processo produttivo. La possibilita’ di avere informazioni statistiche in un design kit consente infatti di accedere a nuovi tipi di analisi, basati su strumenti statistici. L’analisi statistica viene effettuata attraverso una tecnica specifica, il metodo Monte Carlo (MC), usato per valutare gli effetti prodotti dalle tolleranze di fabbricazione dei parametri sull’uscita del circuito, espressa come fun- zione di trasferimento in funzione della lunghezza d’onda. La prestazione di un circuito e’ quindi valutata stimando la resa del processo ed attuando un’analisi di sensibilita’ che richiede il calcolo di due tipi di indici, gli indici Sobol ei parametri M. La conoscenza del valore di questi indici e’ finalizzata all’identificazione del parametro la cui variabilita’ ha un maggiore impatto sul sistema e quindi quanto i diversi parametri soggetti a tolleranze sono responsabili del degrado delle prestazioni.