[發明專利]亞波長波導及制備方法

有效

• 申請號: 201210445107.8
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN103809239A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 武愛民;甘甫烷;李浩;盛振;王曦
• 申請（專利權）人: 江蘇尚飛光電科技有限公司;中科院南通光電工程中心;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G02B6/136
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及半導體光電子領域，特別是涉及一種亞波長波導及制備方法。

背景技術

隨著硅集成電路特征尺寸的下降，單位面積晶體管密度呈指數增長，2020年特征尺寸為10nm左右的制造工藝將投入量產，晶體管密度將是2009年的16倍。隨著芯片的特征面積越來越小、信號的時鐘頻率越來越高、信號對時鐘同步要求越來越復雜等，以銅互連為基礎的電互連技術將越來越難以滿足芯片間高密度光通信和光交換持續增長的需求。

光互連技術由于具備帶寬大、功耗低、延遲短、無串擾和匹配及電磁兼容等優勢，成為滿足高速計算和海量信息傳輸要求的關鍵技術。比較而言，光通信的延遲主要取決于光交換的體系結構，功耗主要消耗在光電轉換端點上，而在傳遞過程中并不增加額外的功耗，因此有助于降低全局通信延遲和提高全局通信的帶寬/功耗比值；而且能夠在較低的損耗條件下，有效地避免高速信號傳輸所引起的串擾，降低信號失真的發生等問題，實現較高的信號完整性。此外，光互連技術不受到芯片引腳的限制，可大大增加片外帶寬，因此采用光互連可以克服電互連的電磁干擾和帶寬瓶頸，獲得更好的系統性能，支持更大規模的集成電路芯片互連網絡。低功耗高密度光電接口模塊的使用，還可以降低整個系統的功耗獲得更高的系統密度。

與早期基于III-V族光器件和光纖網絡組裝構建的光互連系統相比，基于集成電路工藝的硅基光電集成技術能夠實現光電集成、可大批量生產、低成本和高速率的優勢，逐漸成為解決互連問題的關鍵技術。構成硅基光電集成芯片的核心無源器件是光波導，其功能等同于光纖網絡的光纖，用于光信號的傳輸，也是各類核心硅基光電器件的必要組成部分。目前在硅基光波導中最常用到的單模光波導是500nm×220nm的納米線光波導，與集成電路發展到32nm的主流技術相比，光波導和對應的光器件顯得尤為笨重，因此低功耗和小尺寸也是硅基光電集成芯片和核心器件的發展方向，也是實現光電集成的技術要求。

亞波長波導，顧名思義就是比光波長還要小一個數量級的光波導，對于通信波段而言就是尺寸在百納米量級特征線寬的波導。目前這類波導主要由以下幾類：金屬表面等離激元亞波長波導、空氣縫波導以及光子晶體波導等。利用金屬表面等離激元更容易實現結構緊湊的亞波長波導，然而由于金屬對于通信波段光波的吸收而且常用到的金銀等材質并不能與集成電路工藝完全兼容，因此并不是亞波長波導的首選；光子晶體亞波長波導需要制備光子晶體陣列，在其中實現線缺陷或者利用自準直原理進行光束傳輸，整體看來導致波導面積過大。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種結構簡單且吸收損耗小的亞波長波導。

本發明的另一目的在于提供一種能與集成電路工藝兼容的制備亞波長波導的方法。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種制備亞波長波導的方法，其至少包括：

A）在含氧基底表面沉積硬掩膜；

B）在所述硬掩膜表面制作出周期性單排光刻膠圖形層；

C）以該周期性單排光刻膠圖形層為掩膜形成單排周期性硬掩膜圖形層；

D）以單排周期性硬掩膜圖形層為掩膜對所述含氧基底的頂層進行刻蝕來形成能傳輸亞波長波的單排周期性柱體結構。

優選地，以該周期性單排光刻膠圖形層為掩膜、采用反應離子束刻蝕或者離子束刻蝕來形成單排周期性硬掩膜圖形層。

優選地，以單排周期性硬掩膜圖形層為掩膜、采用深反應離子束刻蝕或反應離子束刻蝕對所述含氧基底的頂層進行刻蝕來形成能傳輸亞波長波的單排周期性柱體結構。

本發明提供一種亞波長波導，其至少包括：含氧基底，其頂層被刻蝕成形成能傳輸亞波長波的單排周期性柱體結構。

優選地，所述含氧基底為絕緣體上的硅、絕緣體上的硅鍺或者絕緣體上的鍺。

優選地，單排周期性柱體結構中的單個柱體成圓柱形。

優選地，單排周期性柱體結構中的單個柱體的半徑范圍是25納米~200納米。

優選地，單排周期性柱體結構中的柱體排列周期是柱體半徑的2~4倍。

優選地，含氧基底的頂層厚度范圍在1~10微米。

優選地，含氧基底的含氧層厚度為0.5~3微米。

如上所述，本發明的亞波長波導及制備方法，具有以下有益效果：能夠避免采用金屬材料的亞波長波導器件所具有的吸收損耗，結構緊湊，而且與集成電路工藝兼容。

附圖說明

圖1至圖6顯示為本發明的制備亞波長波導的方法流程圖。