Optimization of local backside released micro-ring resonators for sensing applications using silicon photonic integrated circuits in a SOI technology

  • Photonic micro-ring resonators (MRR) are widely studied for their high sensitivity across applications like environmental monitoring, healthcare, and chemical analysis. Their evanescent field sensing requires partially unembedded waveguides compatible with CMOS processing. Our approach uses local backside etching with an additional buried oxide (BOX) etch to release waveguides while preserving the back-end of line (BEOL) structure, enabling spatial separation of the sensing area and electronics. The BOX etch critically affects sensor performance, as waveguide surface roughness can alter MRR properties and coupling. We analyzed MRR design variations, comparing wet and dry etching techniques for their effects on optical performance across rib and strip waveguides in quasi-TE and quasi-TM modes. Wafer-level measurements show that backside-released MRR achieve high extinction ratios with slightly reduced quality factors, advancing high-sensitivity photonic sensors.

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Autor*innen:Tabea Fünning, Anna Peczek, Aleksandra Kroh, Christian Mai, Martin Paul, Florian Thomsen, Robert Tannenberg, Christoph Schumann, Michael G. WellerORCiD, Andreas Mai, Patrick C. Steglich
Persönliche Herausgeber*innen:Robert A. Lieberman, Francesco Baldini, Jiri Homola
Dokumenttyp:Beitrag zu einem Tagungsband
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Optical Sensors 2025
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.5 Proteinanalytik
Verlag:SPIE
Verlagsort:Bellingham, WA , USA
Jahrgang/Band:13527
Aufsatznummer:135270U
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:CMOS; Local backside etching; Micro-ring resonator (MRR); Photonic sensors; Silicon on insulator (SOI)
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Veranstaltung:SPIE Optics + Optoelectronics 2025
Veranstaltungsort:Prague, Czech Republic
Beginndatum der Veranstaltung:23.05.2025
DOI:10.1117/12.3056481
ISBN:978-1-5106-8851-3
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:03.07.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:11.08.2025
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