[發(fā)明專利]一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)、光開關(guān)陣列及芯片

在審

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• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114137745A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程唐盛;李璇
• 申請（專利權(quán)）人: 程唐盛;李璇
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/21
• 代理公司: 成都頂峰專利事務(wù)所(普通合伙) 51224
• 代理人: 曹源

本發(fā)明涉及光通信器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)、光開關(guān)陣列及芯片。包括將三硒化二銻相變材料覆蓋在基于馬赫?曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的干涉臂光波導上構(gòu)成一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)，將將三硒化二銻相變材料覆蓋在基于微環(huán)結(jié)構(gòu)的微環(huán)光波導上構(gòu)成一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)，將若干兩種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)分別級聯(lián)構(gòu)成兩種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)陣列。本發(fā)明通過采用三硒化二銻想變材料，可以有效降低能耗，縮小器件尺寸，并且在保證較小插損的前提下使得電致相變性能達到更優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)、光開關(guān)陣列及芯片。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的光開關(guān)方案大多基于硅基光電子技術(shù)的熱光調(diào)諧或電光調(diào)諧原理，采用馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)結(jié)構(gòu)或微環(huán)(MRR)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。這些方案能夠較好的與CMOS工藝兼容，能夠在相對較小的體積(百微米級)上實現(xiàn)較快的開關(guān)速度(納秒量級)，但也存在以下不足：1、光開關(guān)芯片的損耗和串擾較大。硅波導的傳輸損耗較大(通常約為3dB/cm)，且載流子色散效應(yīng)電光調(diào)諧時對光的隔離度較低，串擾較大。2、光開關(guān)芯片的驅(qū)動功耗較高，具有易失性。熱調(diào)和電調(diào)都需要消耗很大的功耗來保持某一種開關(guān)狀態(tài)，斷電后開關(guān)狀態(tài)則無法保持。3、開關(guān)單元調(diào)諧效率低，尺寸較大。通常范圍只有0.001～0.01量級，因此為了達到π相位的變化，需要幾百微米長度，導致光開關(guān)尺寸較大、集成度較低。此外，在進行大規(guī)模陣列集成的過程中，不僅損耗、串擾、功耗等方面的問題會指數(shù)級積累，還需保持相當高的晶圓均勻性和低缺陷，以確保大尺寸芯片中各個單元器件性能的一致性、重復性以及光路的連續(xù)性，這對芯片的加工工藝的精度要求十分嚴苛。這些問題的存在大大限制了傳統(tǒng)硅基光開關(guān)規(guī)模化拓展，降低了它在光通信系統(tǒng)中的實用性。

現(xiàn)有的相變材料光開關(guān)技術(shù)：相變材料具有讀寫速度快(納秒量級)、循環(huán)次數(shù)高、功耗低等特點，可與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容，技術(shù)實現(xiàn)難度和產(chǎn)業(yè)成本較低。相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)時折射率差別巨大，利用兩種不同狀態(tài)造成的光傳輸率差異可實現(xiàn)光開關(guān)效果，可以通過熱、光、電等多種方式誘導進行相變，且具有穩(wěn)定的特性。相變材料對于光場的靜態(tài)非易失性的影響不需要靜態(tài)偏置電壓的保持，在室溫下可以保持某一個狀態(tài)不改變。因此光相變交叉連接器的理論靜態(tài)控制能耗為零，大大降低了系統(tǒng)的能耗。也提高了系統(tǒng)的耐久性，強穩(wěn)定性和對環(huán)境的適應(yīng)性，這些特性使得相變材料有潛力成為新興高性能光開關(guān)的基礎(chǔ)功能材料。

目前的電致可重構(gòu)相變光子器件技術(shù)方案仍存在以下問題亟待解決：1、現(xiàn)有方案所采用的相變材料在通信波段內(nèi)的光學常數(shù)反差不夠大，且損耗較高；2、相變材料普遍存在相轉(zhuǎn)變過程隨機性比較大，準確度不高，重構(gòu)穩(wěn)定性差的缺點；3、等離子體電致相變優(yōu)點在于調(diào)控所需能量小，器件尺寸小，但對光路的靜態(tài)插損大，不適于集成；4、微型加熱器致相變的方案器件尺寸中等，對于光路有一定的插損。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)、光開關(guān)陣列及芯片，其應(yīng)用時，通過采用三硒化二銻想變材料，可以有效降低能耗，縮小器件尺寸，并且在保證較小插損的前提下使得電致相變性能達到更優(yōu)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種三硒化二銻硅基電調(diào)光開關(guān)，包括第一輸入光波導、1×2分支光波導、干涉臂光波導、參考臂光波導、定向耦合器、第一輸出光波導和第二輸出光波導，所述第一輸入光波導的輸出端連接1×2分支光波導的輸入端，所述1×2分支光波導的兩個輸出端分別連接干涉臂光波導和參考臂光波導的輸入端，所述干涉臂光波導和參考臂光波導的輸出端分別連接定向耦合器的兩個輸入端，所述定向耦合器的兩個輸出端分別連接第一輸出光波導和第二輸出光波導的輸入端，所述干涉臂光波導的其中一段表面覆蓋有第一相變材料層，所述第一相變材料層為三硒化二銻材料層，所述第一相變材料層上連接有電極。

在一個可能的設(shè)計中，所述第一相變材料層的表面覆蓋有防氧化層，所述防氧化層為二氧化硅材料層。