[發(fā)明專利]基于二維層狀材料的SOI基微環(huán)濾波器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410188123.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN103941345A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑橋梁;李鵬飛;李紹娟;甘勝;孫甜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/293
• 分類號(hào): G02B6/293
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 劉懿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅基光電子學(xué)以及芯片級(jí)光互連技術(shù)，尤其涉及一種基于二維層狀材料可飽和吸收效應(yīng)的絕緣體上硅（SOI）基信號(hào)過濾器件。

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背景技術(shù)

近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著集成電路的發(fā)展，硅基材料的器件工藝已經(jīng)非常成熟，而且隨著工藝尺寸的不斷減小，集成電路的集成度也一直按照摩爾定律飛速向前發(fā)展。芯片更高的集成度帶來的不僅僅是晶體管數(shù)目的增加，更是芯片功能和處理速度的提升。然而，隨著特征尺寸的不斷縮小和集成度的不斷增加，微電子工藝的局限性也日趨明顯。一方面是由于器件線寬的不斷減小，傳統(tǒng)的光刻加工手段已經(jīng)接近極限，另一方面是由于隨著晶體管尺寸和互連線尺寸同步縮小，單個(gè)晶體管的延時(shí)和功耗越來越小，而互連線的延時(shí)和功耗卻越來越大并逐漸占據(jù)主導(dǎo)。因此，可以看到深亞微米特征尺寸下電互連延遲和功耗的瓶頸，已經(jīng)嚴(yán)重制約了芯片性能的進(jìn)一步提高。片上互連迫切需要一種比電互連更高速更寬帶的互連方式。

和集成電路相比,光集成器件構(gòu)成的集成光路具有低功耗、高帶寬、抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)；和分立光學(xué)器件或薄膜光學(xué)器件相比，集成光路具有低成本、小尺寸、適合量產(chǎn)（可以采用集成電路的光刻等工藝進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)）等優(yōu)勢(shì)，隨著網(wǎng)絡(luò)通信和互連中數(shù)據(jù)量的飛速膨脹，人們希望采用更低的成本來構(gòu)建更高性能的系統(tǒng)，這就對(duì)其中大量使用的光集成器件提出了更高的要求。在光波導(dǎo)集成器件中，濾波器是極為重要的一類無源器件，廣泛應(yīng)用于波分復(fù)用系統(tǒng)中。其功能為實(shí)現(xiàn)不同波長光信號(hào)的復(fù)用和解復(fù)用，以及提取/抑制某個(gè)或某些波長通道。目前國內(nèi)外有很多課題組對(duì)硅基微環(huán)諧振腔濾波器進(jìn)行研究，但是他們都是對(duì)濾波器的一些特性進(jìn)行研究，比如濾波器溫度可調(diào)的特性、微環(huán)濾波器陷波特性、波長帶寬可調(diào)特性、微環(huán)耦合系數(shù)特性，同時(shí)也有一些針對(duì)雙環(huán)、多環(huán)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的研究，但是都沒有針對(duì)改善濾波器的輸出信號(hào)特性的研究。石墨烯等二維層狀材料的引入給硅基微環(huán)器件性能帶來了突破性的進(jìn)展。石墨烯等二維層狀材料具有很多其他材料所不具有的優(yōu)秀特性，比如石墨烯的合成過程簡(jiǎn)單、材料新穎、材料性能優(yōu)異、與硅的兼容性好、成本低等。并且現(xiàn)如今技術(shù)上能夠在硅片上直接合成石墨烯，所以在硅基微環(huán)器件表面上可以直接進(jìn)行石墨烯的合成，能夠降低石墨烯轉(zhuǎn)移過程中雜質(zhì)引入，材料破損等不良影響，此技術(shù)在將來的硅基光互連集成中也能起到?jīng)Q定性的作用。

對(duì)于SOI基微環(huán)濾波器來講，3dB帶寬和消光比是最重要的兩個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，為了得到較高質(zhì)量的輸出信號(hào)，要求微環(huán)濾波器的3dB帶寬相對(duì)要小，同時(shí)為了在光通信系統(tǒng)中得到較低誤碼率，通常需要較高的濾波消光比。因此，提高微環(huán)濾波器的3dB帶寬和消光比對(duì)于片上光互連網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的意義。傳統(tǒng)意義的SOI基微環(huán)濾波器只是通過改變微環(huán)的大小或者改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來改善濾波器的性能，但是有些本質(zhì)問題沒有辦法改變，比如對(duì)于微環(huán)濾波器中的噪聲不能很好的處理，為了提高3dB帶寬需要改變?yōu)V波器的結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)于工藝上是一大挑戰(zhàn)。

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發(fā)明內(nèi)容

????為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于二維層狀材料的SOI基微環(huán)濾波器，目的是利用二維層狀材料的可飽和吸收效應(yīng)對(duì)SOI基濾波器的光信號(hào)進(jìn)一步過濾，其與傳統(tǒng)的SOI基濾波器相比，具有更窄的3dB帶寬、更高的消光比、更少的噪聲、CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，可以在未來的片上光互連網(wǎng)絡(luò)中獲得廣泛的應(yīng)用。

????為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于二維層狀材料的SOI基微環(huán)濾波器，包括一個(gè)由埋氧層和頂層硅組成的SOI襯底，所述頂層硅上設(shè)置有一組SOI微環(huán)諧振腔、輸入直波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)，所述輸入直波導(dǎo)和所述輸出直波導(dǎo)位于所述SOI微環(huán)諧振腔的上下兩側(cè)，構(gòu)成SOI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述SOI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上覆蓋有一個(gè)二維層狀材料，所述輸入直波導(dǎo)的兩端分別設(shè)有輸入端光柵和直通端光柵，所述輸出直波導(dǎo)的一端設(shè)有輸出端光柵；所述SOI微環(huán)諧振腔與所述輸入直波導(dǎo)最接近的區(qū)域形成第一耦合區(qū)域，所述所述SOI微環(huán)諧振腔與所述輸出直波導(dǎo)最接近的區(qū)域形成第二耦合區(qū)域。

所述SOI微環(huán)諧振腔作為微環(huán)濾波器的光學(xué)諧振腔部分，使光信號(hào)在所述SOI微環(huán)諧振腔中產(chǎn)生干涉和模式共振；

所述二維層狀材料作為本發(fā)明的關(guān)鍵性部分，所述二維層狀材料覆蓋在所述SOI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上，可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與二維材料發(fā)生作用，導(dǎo)致二維材料的飽和，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行飽和吸收的作用；

所述輸入直波導(dǎo)和所述輸出直波導(dǎo)作為光信號(hào)的傳輸介質(zhì)，使光信號(hào)在其中傳播并與所述SOI微環(huán)諧振腔發(fā)生耦合；