포토닉스
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도파관 및 집적 포토닉스를 위한 포토닉 시뮬레이션
도파관, 공진기 또는 커플러를 통해 빛이 실제로 이동하는 방식을 전파 전자기 시뮬레이션으로 분석합니다. 이를 통해 포토닉 집적 회로를 설계 도면이 아닌 실제 제조될 형상에 따라 평가할 수 있습니다.
포토닉 시뮬레이션의 역할
굴절률 차이는 실리콘 도파관 안에 빛을 가둡니다. 유도 모드의 일부는 코어 밖 클래딩에 존재합니다. 이 꼬리 부분이 커플러의 전력 전달 효율과 급격한 굽힘에서의 누설량을 결정합니다. 이러한 크기에서는 광선만으로 빛을 설명할 수 없습니다. 전자기장을 풀어야 합니다.
각 설계 변경을 실리콘에서 테스트하려면 팹 공정을 다시 수행해야 합니다. 모델이 실제 제작 결과와 일치한다면 시뮬레이션으로 웨이퍼 없이 이러한 스윕을 수행할 수 있습니다. 측벽 각도, 선 에지 거칠기, CD 변화 및 모서리 라운딩은 실제 소자의 수치를 설계 시의 수치에서 벗어나게 합니다.
이것이 솔버의 요구 수준을 결정합니다. 한 번의 실행으로 광대역 결과를 제공하고, 분산을 올바르게 처리하며, 곡선형 형상을 계단 현상 없이 메싱해야 합니다. 결과는 회로 수준 도구에서 사용할 수 있는 S-파라미터여야 하며, 감도 스윕이 가능할 만큼 빠르게 실행되어야 합니다. XSim Photonics는 이러한 요구에 맞춰 개발되었습니다.
XSim Photonics
Tech-X에서 개발되어 현재 Silvaco 제품으로 제공되는 포토닉 및 전자기 설계용 전파 FDTD. 동일한 모델을 노트북, GPU 클러스터 또는 AWS에서 실행할 수 있으므로 더 큰 스윕은 하드웨어 선택의 문제가 됩니다.
형상
GDS, STEP 및 STL을 가져오거나 Composer 3D 형상 빌더에서 생성
솔버
균일 또는 가변 격자, 등각 도체, 등각 분산 유전체 및 저항성 재료
광원 및 경계 조건
입력 및 출력 포트, 광대역 또는 단색 입력, 전체장/산란장 소스, 단열 흡수체 및 위상 이동 주기 경계 조건
분석
모드 솔버, 파장별 S-파라미터, 원거리장 및 푸리에 변환, 사용자 정의 분석기
워크플로
설정부터 분석 및 시각화까지 스크립트로 제어 가능
안테나 어레이를 포함한 RF 및 안테나 설계도 지원합니다.
솔버의 기반 방법론
등각 분산 재료를 지원하는 FDTD
한 번의 시간 영역 실행으로 전체 스펙트럼을 얻으므로 광대역 소스가 파장 스윕을 대체합니다. 등각 메싱은 굽힘이나 링의 곡선을 따르고, 분산 유전체는 해석 과정에 파장 의존 동작을 반영합니다.
모드 해석
먼저 단면을 해석하여 지원하는 모드와 각 모드의 유효 굴절률을 확인합니다. 해당 유도 모드를 FDTD 실행에 입력하면 측정한 전송 특성이 소자 자체의 특성을 나타냅니다.
원거리장 및 S-파라미터 추출
파장별 S-파라미터는 회로 시뮬레이터에서 사용할 수 있는 형식으로 삽입 손실과 결합비를 제공합니다. 원거리장 변환은 빛이 구조를 벗어난 후의 동작을 보여줍니다.
GPU 및 클라우드 실행
하나의 작업을 CPU와 GPU에 분산합니다. 감도 분석이 한 대의 장비로 처리하기 어려워지면 워크스테이션에서 슈퍼컴퓨터로 확장하거나 Tech-X CloudCompute를 통해 AWS로 확장할 수 있습니다.
주요 시뮬레이션 대상
도파관
직선형, 굽힘형, 테이퍼형 및 다중 재료 도파관을 지원하며 필요하면 거칠기도 반영합니다.
변조기
광학 측면을 분석하며, 그 기반 전기 소자는 Victory Device로 해석합니다.
공진기
수십 나노미터 폭의 결합 간격에 따라 자유 스펙트럼 범위와 소광 특성이 결정되는 마이크로링.
커플러 및 분배기
도파관, 레이어 및 광섬유 사이의 단열 테이퍼와 층간 전이.
전체 포토닉 집적 회로
전체 회로의 FDTD 해석은 실제로 수행하기 어려운 경우가 많으므로 부품별 S-파라미터를 조합하여 구성합니다.
주요 시뮬레이션 대상
XSim은 2025년 4월 29일 Tech-X 인수가 완료된 이후 Silvaco의 제품이 되었습니다.
기존 이름과 공개 사용자 가이드, 예제를 유지합니다. Tech-X 설립자인 John Cary는 현재 Silvaco에서 시니어 디렉터 및 펠로로 근무합니다.
공개된 포토닉스 연구
실제로 발표된 내용과 발표 주체를 소개합니다. 두 회사 모두 포토닉스 고객의 이름을 공개하지 않았으므로 여기의 내용은 고객 사례로 제시하지 않습니다.
FTCO
실리콘 포토닉스
제조된 형상을 반영한 포토닉 소자 시뮬레이션
Silvaco의 FTCO 흐름은 팹의 공정 파라미터를 모델에 입력하여 테이프아웃 전에 수동 소자에서 제조로 인해 발생하는 손실을 파악할 수 있도록 합니다. Victory Process는 제조 형상을 구축하고 Victory Device는 해당 형상에 GPU 가속 FDTD를 실행하며, Victory DoE와 Victory Analytics는 스윕 및 최적화를 처리합니다. 발표자는 필드 애플리케이션 엔지니어 John Sembower입니다.
Tech-X
실습 예제
XSim 포토닉스 예제 9개
유전체, 3종 재료 및 원통형 도파관의 모드 계산과 분산, 두 가지 방식으로 여기한 마이크로링, 단열 테이퍼 분배기 및 층간 경사 커플러를 다룹니다. 이 중 한 예제는 거친 도파관을 모델링합니다.
광학 시뮬레이션 추가 자료
웨비나
2020년 4월
태양전지, 도파관 및 LED의 광전자 시뮬레이션
세 가지 소자 유형에 적용되는 FDTD를 포함한 Silvaco의 시간 영역 광학 기법.
발표 자료 · PDF
광학 시뮬레이션
광선 추적부터 FDTD까지 광학 기법을 소개하고 각 문제에 적합한 방법을 설명하는 발표 자료.
Simulation Standard
2010년 4월
고속 광통신을 위한 FDTD 기법 기반 SiGe 도파관 포토다이오드 연구
고속 광링크용 SiGe 도파관 포토다이오드 두 개를 FDTD로 분석합니다.
Simulation Standard
2009년 4월
초저전력으로 전기적 제어가 가능한 실리콘 기반 포토닉 결정 색분산 보상기
전기 및 광학 측면을 3D로 모델링한 가변형 실리콘 포토닉 결정 보상기로, 114 nW로 작동합니다.
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문서 읽기
XSim 사용자 가이드, 참조 자료 및 예제는 로그인 없이 txcorp.com에서 공개됩니다.
지원 받기
라이선스를 보유한 XSim 사용자는 Tech-X 지원 포털에서 지원 요청을 등록합니다. Silvaco의 다른 도구는 지원 및 다운로드에서 시작하세요.
엔지니어가 묻는 XSim Photonics 관련 질문
포토닉 시뮬레이션이란 무엇인가요?
광선을 추적하는 대신 실제 소자 형상에서 Maxwell 방정식을 풀어 빛의 진행을 예측합니다. 집적 포토닉 구조의 크기는 몇 파장 정도에 불과하므로 영역의 모든 지점에서 장을 계산해야 합니다. XSim Photonics는 단일 직선 도파관부터 전체 커플러까지 전파 FDTD로 이를 수행합니다.
언제 FDTD를 사용하고 언제 모드 솔버를 사용해야 하나요?
모드 솔버는 도파관 단면이 전달할 수 있는 모드의 수, 각 모드의 유효 굴절률, 클래딩으로 퍼지는 범위를 알려줍니다. FDTD는 굽힘, 테이퍼 및 결합 간격처럼 길이 방향으로 변하는 구조를 다룹니다. 대부분의 프로젝트에서는 모드 솔버를 먼저 실행한 다음 해당 모드를 FDTD에 전달하여 전파를 분석합니다.
포토닉 시뮬레이션은 TCAD 소자 시뮬레이션과 어떻게 연결되나요?
밀접하게 연결됩니다. 광선 추적과 빔 전파부터 전달 행렬, 모드 해석 및 FDTD까지 Victory Device의 광학 기법은 전기 소자를 처리하는 동일한 시뮬레이터에 통합되어 있습니다. 변조기나 포토다이오드는 하나의 모델에 두 동작이 모두 필요하며 Victory Device에서 이들이 결합됩니다.
포토닉 시뮬레이션을 GPU 또는 클라우드에서 실행할 수 있나요?
예. XSim Photonics는 Windows, Linux 또는 Mac에서 NVIDIA GPU와 x86 CPU로 실행되며 단일 노트북부터 클러스터까지 지원합니다. Tech-X CloudCompute를 통해 AWS도 사용할 수 있습니다. Silvaco의 FTCO 포토닉스 흐름에서는 Victory Device도 GPU에서 FDTD를 실행합니다.
Tech-X와 XSim은 어떻게 되었나요?
Silvaco는 2025년 4월 Tech-X Corporation을 인수했으며 XSim은 현재 AI 기반 제조 포트폴리오에 포함됩니다. 문서, 예제, 라이선스 및 지원 포털은 txcorp.com에서 계속 제공됩니다. Tech-X의 플라즈마 도구 VSim도 같은 인수로 이전되었으며 Silvaco의 플라즈마 제품군에 속합니다.
포토닉 시뮬레이션은 어떤 레이아웃 형식을 가져올 수 있나요?
GDS, STEP 및 STL을 읽습니다. 집적 포토닉스에서는 레이아웃이 이미 GDS 형식이므로 GDS가 중요하며 Silvaco의 FTCO 포토닉스 흐름도 GDS 가져오기로 시작합니다. 형상을 직접 만들려는 경우 XSim에 포함된 Composer 3D 형상 빌더를 사용할 수 있습니다.
AI 기반 제조의 다른 제품
TCAD
제조 공정을 반영한 포토닉스 흐름의 기반 도구인 Victory Process와 Victory Device.
플라즈마
도파관이 설계한 폭으로 형성되는지 확인하세요.
리소그래피
동일한 Tech-X 인수로 합류한 VSim Plasma.