具有热隔离和热限制的支柱的集成热光开关制造技术

本发明专利技术提供一种关于具有热隔离和热限制支柱(108)的热光开关(100)的系统和方法，该系统和方法能够增加光子集成芯片(PICs)的集成度、降低功耗、提高开关速度，并延长芯片寿命。一光波导(122)；与所述光波导(122)的表面热接触的电阻加热器(110)；以及连接于所述光波导(122)的侧面的多个热流动限制支柱(108)，所述多个热流动限制支柱(108)支撑所述光波导，以使所述光波导(122)通过所述光波导(122)与位于所述光波导(122)下方的衬底(114)之间形成的间隙与所述衬底(114)实质上热隔离，所述支柱(108)限制热量从所述光波导(122)流向支撑所述支柱(108)的支撑结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】本申请要求享有于2014年3月5日提交的、申请号为14/197，301、名称为"具有热隔 离和热限制的支柱的集成热光开关"的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合 在本申请中。
本专利技术设及一种热光开关，尤其设及一种热隔离热光开关的系统和方法。
技术介绍
光开关是一种可使光纤或集成光路（IOCs)中的信号可选择地从一个光路切换到 另一光路的开关。它们广泛应用于电信产业。1x2和/或2x2光开关是波分复用(WDM)系统中 的重要组件，尤其是在可重配置的结构中。光网络具有超大的容量，但是光传输设备的高封 装成本限制了光网络的应用。增加集成度能够降低光子集成电路(PICs)和封装的成本。高 集成度可W通过降低各光学组件的功耗来实现。因此，需要开发一种超低功耗的光开关。
技术实现思路
依照本专利技术的一个实施例，一种热光开关包括光波导；与所述光波导的表面热接 触的加热电阻丝；W及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动 限制支柱支撑所述光波导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之 间形成的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支 柱的支撑结构。 依照本专利技术的一个实施例，一种用于控制光信号的网络组件包括:处理器;连接于 所述处理器的接收器；W及连接于所述接收器的光子集成电路(PIC)，所述PIC包括多个热 光开关，各所述热光开关包括:光波导；与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；W及连 接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述光波 导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所述衬 底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。 依照本专利技术的一个实施例，一种光子集成电路(PIC)包括多个光输入；W及连接于 所述输入的多个热光开关，各所述热光开关包括:光波导;与所述光波导的表面热接触的加 热电阻丝；W及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支 柱支撑所述光波导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成 的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支 撑结构。【附图说明】 为了更完整地理解本专利技术W及本专利技术的优点，现结合附图进行描述，其中：[000引图1为一实施例的热光开关元件的俯视图； 图2为一实施例的热光开关元件沿A-A线的剖视图； 图3为一实施例的热光开关元件沿B-B线的剖视图； 图4示出了一实施例的热流动限制支柱；图5示出了一实施例的1X2MZI TO开关的平面俯视图；[001引图6示出了 一实施例的显示热阻RthSi日2图示的热流动限审Ij支柱； 图7示出了一实施例的MZI TO开关的一个臂和相邻开关的一部分的细节示意图； 图8-10示出了一实施例的标记有等效电路的TO开关元件； 图11示出了一实施例的TO开关元件的等效电路； 图12为一实施例的光子集成电路(PIC)的方框图；W及 图13为一实施例的光数据路由器的方框图。【具体实施方式】 W下对本专利技术优选实施例的制作和应用进行详细讨论。但应理解的是，本专利技术提 供了许多可应用的专利技术构思，其可W体现在各种特定的环境中。所讨论的具体实施例仅是 为了说明制造和使用本专利技术的具体方式，并不限制本专利技术的范围。 当前的PIC忍片包括马赫-岑德尔干设仪(MZI)型热光(TO)开关，其开关单元尺寸 约为200微米(皿）X 530皿(即约0.106mm2)。运种开关的功耗约为20-40毫瓦特(mW)。本专利技术 实施例中公开的光开关，各开关单元尺寸约为IOOjim X 400]im，开关功耗约为0.3-0.5mW，使 得每个忍片上可集成超过6000个开关。 相比于现有技术的光开关，本专利技术公开的光开关明显降低了改变开关状态所需的 功耗。进一步地，相比于现有技术的光开关，本专利技术实施例中公开的光开关增加了光开关的 密度，降低了切换时间和光开关的插入损耗，并且提高了光开关的机械稳定性和操作寿命。 本专利技术公开的是一种包括用于支撑相位调谐元件的热流动限制支柱的热光开关， 或一种在二氧化娃(Si〇2)(也称为娃石)上具有减少热量的深沟槽W将热流动限制支柱彼 此热隔离的热光(TO)开关元件。运提供了具有增强的高热阻值(Rth)路径的装置，增加了 TO 开关元件的热量限制，由此实现了整体功耗和器件尺寸的减小。 图1为一实施例的热光开关元件100的俯视图。图2为一实施例的热光开关元件沿 A-A线的剖视图。图3为一实施例的热光开关元件沿B-B线的剖视图。TO开关元件100包括娃 衬底114、二氧化娃层102、104、实质上独立的绝缘娃片（SOI)波导122、W及覆盖该SOI波导 122的一部分的热条式加热器110。在一个实施例中，热条式加热器110是金属，例如销。在一 个实施例中，热条式加热器110约为200纳米(nm)，其宽度约为2.9微米，长度约为100微米。 在一个实施例中，该TO开关元件100包含于马赫-岑德尔干设仪(MZI)型TO开关中。在一个实 施例中，热条式加热器110覆盖SOI波导122的顶部的一部分，其中顶部表示与衬底所在的、 被认为是底面相对的面。在其他实施例中，热条式加热器110也可W位于SOI波导122除顶部 之外的其它一面上。 SOI波导122包括内嵌于二氧化娃包层120的娃忍106,并由多个热限制支柱108支 撑，W使该SOI波导122通过间隙和沟槽116与周围的二氧化娃包层102、104W及娃衬底114 实质上热隔离。支柱108为SOI波导122提供稳定性，同时实质上最小化热接触面积，从而减 少流入二氧化娃区域102、104和娃衬底114的热量。间隙和沟槽116可为真空或者可W被不 传导热量的材料填充，例如空气。如图2所示，支柱108的一部分位于娃柱上。在一个实施例 中，支柱108从二氧化娃区域102、104向该SOI波导122的侧面延伸，使得接触该SOI波导122 的面积实质上小于该支柱108另一端的面积。在一个实施例中，支柱108实质上为梯形形状 或结构。在其它实施例中，支柱108实质上为圆锥形形状或结构。该热限制支柱108最小化了 与SOI波导122的热接触，从而大幅减少了从该SOI波导122流入二氧化娃包层102、104和娃 衬底114的热量。该热限制支柱108还可W提高TO开关的机械稳定性使用寿命。热限制支柱 108被连接到位于衬底116上方的支撑结构130。 在一个实施例中，SOI波导122的底部(例如，最接近娃衬底的部分)不与娃衬底接 触，并且除基本不传导热量的材料W外，例如空气，不与任何材料热接触。在一个实施例中， 除支柱108与该SOI波导122接触的小面积外，该SOI波导122的侧面不与二氧化娃区域102、 104热接触，。在一个实施例中，该SOI波导122的端部124、126可与另一波导或其它材料接 触。 在一个实施例中，SOI波导122的宽度W为约2.0微米至约3.0微米之间。在另一个实 施例中，SOI波导122的宽度W为约2.9微米。在一个实施例中，SOI波导122的高度h为约1.5微 米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热光开关，其特征在于，包括：光波导；与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：德瑞坦·瑟娄，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44