Abubaker Mustafa Tareki of Carleton University

Abstract: 

Silicon nitride has recently gained a lot of interest within the photonic device community, because of its unique properties, as an attractive materials platform of choice for a wide range of applications including sensing, metrology, nonlinear optics, quantum information processing and telecommunications. We report on an optimization procedure for depositing low-loss silicon nitride films at temperatures of 760˚C and 820˚ using low-pressure chemical vapor deposition. They were characterized in terms of quality and compositional proximity to stoichiometric silicon nitride. Films deposited at 760˚C showed a higher stoichiometry, with a silicon-to-nitrogen ratio of 0.744, when compared to the 820˚C film, which had a ratio of 0.77. We found the film deposited at the lower temperature had a smoother surface and exhibited lower optical losses. We investigated the impact of film stress on the refractive index of the film and found that removing the backside nitride from the wafer after deposition has a major effect on refractive index values. When using these films for integrated nonlinear and quantum applications, such as frequency conversion or soliton generation, knowledge of how the index changes with wafer and fabrication processing is critical for predicting the correct geometries, and the concomitant group velocities, needed to realize such quantum technologies. The measured losses from fabricated devices showed that our nitride material is comparable to the leading foundries if not better than them regarding the film quality and losses.

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Résumé : Le nitrure de silicium a récemment suscité beaucoup d'intérêt au sein de la communauté des dispositifs photoniques, en raison de ses propriétés uniques, en tant que plate-forme matérielle attrayante de choix pour un large éventail d'applications, notamment la détection, la métrologie, l'optique non linéaire, le traitement de l'information quantique et les télécommunications. Nous rapportons une procédure d'optimisation pour le dépôt de films de nitrure de silicium à faibles pertes à des températures de 760 °C et 820 °C par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression. Ils ont été caractérisés en termes de qualité et de proximité de composition avec le nitrure de silicium stœchiométrique. Les films déposés à 760 °C présentaient une stœchiométrie plus élevée, avec un rapport silicium/azote de 0,744, par rapport au film à 820 °C, qui présentait un rapport de 0,77. Nous avons constaté que le film déposé à la température la plus basse avait une surface plus lisse et présentait des pertes optiques plus faibles. Nous avons étudié l'impact de la contrainte du film sur l'indice de réfraction du film et avons constaté que le retrait du nitrure arrière de la tranche après le dépôt avait un effet majeur sur les valeurs de l'indice de réfraction. Lors de l'utilisation de ces films pour des applications non linéaires et quantiques intégrées, telles que la conversion de fréquence ou la génération de solitons, la connaissance de la façon dont l'indice change avec le traitement de la plaquette et de la fabrication est essentielle pour prédire les géométries correctes et les vitesses de groupe concomitantes, nécessaires à la réalisation de telles technologies quantiques.  Les pertes mesurées des appareils fabriqués ont montré que notre matériau nitrure est comparable aux principales fonderies, voire meilleur, en termes de qualité du film et de pertes.

Biography:

Dr. Abubaker Mustafa Tareki received his B.Sc. degree in electrical engineering from Tripoli University, Tripoli, Libya, in 2001 and two M.Sc. degrees in electrical engineering and project management respectively, as well as an M.Sc degree in microsystems from the Rochester Institute of Technology, Rochester, NY, USA, during the years 2009 and 2011. He also received his Ph.D. degree in electrical engineering from the University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL, USA in 2018. Dr. Tareki, worked as a postdoc researcher at The Institute national de la recherche scientifique (INRS) in Montreal, Quebec, Canada for more than two years on researching silicon nitride as a platform for Integrated Photonic Circuits (PIC) and MEMS. Since 2021, he has been working at Carleton University as Postdoc/Research Associate (in collaboration with National Research Council Canada, NRC) in Ottawa, Ontario, Canada on low-loss silicon nitride for quantum application.

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Le Dr Abubaker Mustafa Tareki a obtenu son B.Sc. diplôme en génie électrique de l'Université de Tripoli, Tripoli, Libye, en 2001 et deux M.Sc. respectivement en génie électrique et en gestion de projet, ainsi qu'une maîtrise en microsystèmes du Rochester Institute of Technology, Rochester, NY, États-Unis, au cours des années 2009 et 2011. Il a également obtenu son doctorat. diplôme en génie électrique de l'Université de l'Alabama à Huntsville, Huntsville, AL, États-Unis en 2018. Le Dr Tareki a travaillé comme chercheur postdoctoral à l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) à Montréal, Québec, Canada pendant plus de deux années de recherche sur le nitrure de silicium en tant que plate-forme pour les circuits photoniques intégrés (PIC) et les MEMS. Depuis 2021, il travaille à l'Université Carleton en tant que postdoctorant/associé de recherche (en collaboration avec le Conseil national de recherches Canada CNRC) à Ottawa, Ontario, Canada sur le nitrure de silicium à faibles pertes pour des applications quantiques.