一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器，所述调制器包括狭缝波导结构、相变材料结构和保护结构，所述狭缝波导结构由硅材料与二氧化硅材料制备，位于所述调制器第一层，所述相变材料结构由GST相变材料制备，位于所述调制器的第二层，并置于狭缝波导结构的上方，与狭缝波导结构直接接触，形成由相变材料晶态和非晶态转变特性控制的开关状态切换结构，所述保护结构由二氧化硅材料制备，将狭缝波导结构和相变材料结构进行包裹，实现对所述调制器的物理保护，通过本发明专利技术可以实现对输入光信号的调制，可应用于光模块、光开关和光计算等光信息处理器件，具有器件尺寸小、器件集成度高、能耗低等特点。能耗低等特点。能耗低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器


[0001]本专利技术属于光通信
，具体涉及一种基于SOI（Silicon on Insulator，绝缘体上硅）上GST纳米点的强度调制器。

技术介绍

[0002]随着社会生产水平的发展，基于网络传输的综合业务数字网的迅速发展以及互联网的快速普及，使得全球的信息量呈现指数级增长。为突破信息在传输过程中遇到网络节点中的“电子瓶颈”限制，提高信息传输速率，科学家提出了全光网络、智能光网络等新型通信架构。硅光芯片具有高运算速度、低功耗、低时延等特点，且不必追求工艺尺寸的极限缩小，近年来成为了研究热点，有力地推动全光网络发展。
[0003]调制器是硅光芯片光子链路中的核心元件之一。基于硅光的调制器中目前被广泛应用的是马赫曾德尔调制器。马赫曾德尔调制器由相移器、分光器和控制电极构成。在相移器中，一般是利用热光效应或者电光效应实现光波相位的改变。由于硅的热光系数和电光系数较低，所以相移器的长度较长，导致马赫曾德尔调制器一般长度为200微米以上，基于载流子耗尽型的高速电光调制器尺寸可达毫米量级，同时引入较大插入损耗。调制器较大的尺寸，不仅降低了硅光芯片的集成度，同时制程无法与电芯片兼容，实现真正的光电一体化集成，降低了器件的实用性。

技术实现思路

[0004]为了克服现有硅光调制器的占用面积大、易失性等不足，本专利技术提出一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器，该专利技术具有占用面积小、非易失等特点，可应用于光模块、光开关和光计算等光信息处理器件。
>[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器包括狭缝波导结构、相变材料结构和保护结构，所述狭缝波导结构由硅材料与二氧化硅材料制备，位于所述调制器第一层，包括输入区、作用区和输出区，所述相变材料结构由GST相变材料制备，位于所述调制器的第二层，并置于狭缝波导结构的上方，与狭缝波导结构直接接触，形成由相变材料晶态和非静态转变特性控制的开关状态切换结构，所述保护结构由二氧化硅材料制备，将狭缝波导结构和相变材料结构进行包裹，实现对所述调制器的物理保护。
[0006]进一步地，所述狭缝波导结构输入区与狭缝波导结构作用区输入端相连，为宽度和高度与狭缝波导结构作用区输入端相等的硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波导，用于被调制光的输入。
[0007]进一步地，所述狭缝波导结构作用区为硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波导，所述相变材料结构为圆柱形的纳米点结构，并位于狭缝波导结构作用区的上方，圆柱底面直接与狭缝波导结构作用区上方贴合，所述狭缝波导结构作用区通过狭缝结构和相变材料结构构成光调制结构，当施加适当电脉冲或光脉冲激励加热相变材料结构，结构温度高于其结晶
温度并低于其熔点，GST状态从晶态转换至非晶态，相变材料结构折射率和吸收系数降低，从而作用区的光损耗小，大部分的输入光信号从作用区输出，当施加适当电脉冲或光脉冲激励加热相变材料结构，结构温度高于其熔点并迅速骤冷，GST状态从非晶态转换至晶态，相变材料结构折射率和吸收系数升高，从而作用区的光损耗增大，大部分的输入光信号散射至狭缝波导结构外部，无法从作用区输出。
[0008]进一步地，所述狭缝波导结构输出区与狭缝波导结构作用区输出端相连，为宽度和高度与狭缝波导结构作用区输出端相等的硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波导，用于光被调制后的输出。
[0009]进一步地，所述相变材料结构为圆柱形的纳米点结构，并位于狭缝波导结构作用区的上方，圆柱底面直接与狭缝波导结构作用区上方贴合，所述狭缝波导结构作用区通过狭缝结构和相变材料结构构成光调制结构。
[0010]所述狭缝波导结构以标准SOI平台制备，以使所述狭缝波导结构各部位高度等，所述相变材料结构由GST相变材料制备，所述相变材料结构各部位高度等，且上述各结构被置于起保护作用的二氧化硅保护结构内。
[0011]本专利技术与现有技术相比，其有益效果和特点是：（1）通过利用相变材晶态与非晶态之间转换时折射路转变较大的特性，实现输入光信号的强度调制，与传统基于热光效应或者电光效应的硅基马赫曾德尔调制器相比，大大降低了调制器的器件尺寸，提高了硅光芯片的集成度，同时，相变材料还具有相态转换速度快、非易失性、工作带宽大等特点，使其具有调制速率高、能耗低和插入损耗小的优势，对高速光通信技术开发具有促进作用。
[0012]（2）通过利用狭缝波导将光波局域在较小的空间内的特性，在相变材料结构尺寸一致的情况下，硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波导结构中传输的光波与相变材料结构的相互作用面与光波横截面宽度的比值较大，调制效果强于普通条形纯硅波导，进一步地缩小了调制器的器件尺寸。
附图说明
[0013]图1为本专利技术提出的一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器的整体结构示意图；图2为本专利技术提出的一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器的俯视结构示意图，其中包含截面Cross
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A和Cross
‑
B在调制器中的位置；图3为本专利技术提出的一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器的截面示意图，其中，（a）为Cross
‑
A截面示意图，（b）为Cross
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B截面示意图；图4为本专利技术提出的一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器对应基模光输入时，在相变材料处于非晶态或晶态时，光经过狭缝波导结构输入区、作用区与输出区，在狭缝波导结构输出区的透射率仿真计算结果曲线图；图中，狭缝波导结构1、相变材料结构2、狭缝波导结构输入区1
‑
1、狭缝波导结构作用区1
‑
2、狭缝波导结构输出区1
‑
3。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术：
本专利技术可以用许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本专利技术公开透明且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。
[0015]参照图1的示意，所述调制器包括狭缝波导结构1、相变材料结构2和保护结构，所述狭缝波导结构1由硅材料与二氧化硅材料制备，位于所述调制器第一层，所述相变材料结构2由GST相变材料制备，位于所述调制器的第二层，并置于狭缝波导结构1的上方，与狭缝波导结构1直接接触，形成由相变材料晶态和非静态转变特性控制的开关状态切换结构，所述保护结构由二氧化硅材料制备，将狭缝波导结构1和相变材料结构2进行包裹，实现对所述调制器的物理保护。
[0016]参照图2的示意，所述狭缝波导结构输入区1
‑
1与狭缝波导结构作用区1
‑
2输入端相连，为宽度和高度与狭缝波导结构作用区1
‑
2输入端相等的硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SOI上GST纳米点的强度调制器，其特征是：所述调制器包括狭缝波导结构（1）、相变材料结构（2）和保护结构，所述狭缝波导结构（1）由硅材料与二氧化硅材料制备，位于所述调制器第一层，包括输入区、作用区和输出区，所述相变材料结构（2）由GST相变材料制备，位于所述调制器的第二层，并置于狭缝波导结构（1）的上方，与狭缝波导结构（1）直接接触，形成由相变材料晶态和非晶态转变特性控制的开关状态切换结构，所述保护结构由二氧化硅材料制备，将狭缝波导结构（1）和相变材料结构（2）进行包裹，实现对所述调制器的物理保护。2.如权利要求1所述的基于SOI上GST纳米点的强度调制器，其特征是：所述狭缝波导结构输入区（1
‑
1）与狭缝波导结构作用区（1
‑
2）输入端相连，为宽度和高度与狭缝波导结构作用区（1
‑
2）输入端相等的硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波导，用于被调制光的输入。3.如权利要求1所述的基于SOI上GST纳米点的强度调制器，其特征是：所述狭缝波导结构作用区（1
‑
2）为硅
‑
二氧化硅
‑
硅狭缝条形直波导，所述相变材料结构（2）为圆柱形的纳米点结构，并位于狭缝波导结构作用区（1
‑
2）的上方，圆柱底面直接与狭缝波导结构作用区（1
‑
2）上方贴合，所述狭缝波导结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，尹坤，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：