[發明專利]一種基于等離子體增強效應的低功耗全光相變存儲器

在審

• 申請號: 202210156877.4
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114665011A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 呂業剛;孫偉
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 何仲

本發明公開了一種基于等離子體增強效應的低功耗全光相變存儲器，包括硅基平面光波導，特點是波導上設置有可在波導倏逝場耦合作用下發生晶態至非晶態的可逆相變的相變圓環結構，相變圓環結構卡嵌在金屬圓盤和金屬圓環之間，相變圓環結構、金屬圓盤和金屬圓環形成的同心圓結構整體位于波導上表面或者半嵌入波導中或者完全嵌入到波導中，相變圓環結構為相變層Ge₂Sb₂Te₅或Ge₂Sb₂Se₄Te，具有至少兩個穩定的狀態，即晶態和非晶態，且這兩個狀態對探測光具有明顯不同的吸收系數，優點是相變受熱均勻且開關速度更快和功耗更低。

技術領域

本發明涉及微電子領域，尤其是涉及一種基于等離子體增強效應的低功耗全光相變存儲器。

背景技術

當前數據的增長對傳統的計算和存儲模式提出了新的挑戰。集成硅光子平臺由于其固有的能量和帶寬優勢，可以緩解由于使用電互連和傳統馮·諾依曼計算架構而產生的物理限制。近幾十年來，光信號一直主導著遠程通信。最近，由于硅光子學的影響力不斷上升，芯片到芯片甚至芯片上的光信號已經得到了巨大的發展。事實上，通過使光電轉換冗余并訪問光域固有的高帶寬和低傳輸損耗，將關鍵的片上數據操作轉移到全光實現可以潛在地節約能源和提高速度。而這項工作的重點是相變全光存儲器（PPCM）的開發，該器件通過提供非易失性全光子存儲功能，有可能實現從電域到光域的過渡。PPCM設備允許對波導實現的相變材料層的晶體部分上的信息進行全光編碼，進而調制傳輸信號振幅。目前，國際上已有研究組報道了集成相變全光存儲器，但是這些對集成光子器件的研究還沒有考慮到由于相變材料中的非均勻結晶而影響其工作可靠性的均勻熱分布，導致器件功耗的增加。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種相變受熱均勻且開關速度更快、功耗更低的基于等離子體增強效應的低功耗全光相變存儲器。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于等離子體增強效應的低功耗全光相變存儲器，包括波導，所述的波導為硅基平面光波導，所述的波導上設置有可在波導倏逝場耦合作用下發生晶態至非晶態的可逆相變的相變圓環結構，所述的相變圓環結構卡嵌在金屬圓盤和金屬圓環之間。

進一步，所述的相變圓環結構、所述的金屬圓盤和所述的金屬圓環形成的同心圓結構整體的底部位于所述的波導上表面。

進一步，所述的相變圓環結構、所述的金屬圓盤和所述的金屬圓環形成的同心圓結構整體半嵌入所述的波導中。

進一步，所述的相變圓環結構、所述的金屬圓盤和所述的金屬圓環形成的同心圓結構整體完全嵌入到所述的波導中。

進一步，所述的波導為Si₃N₄波導，所述的Si₃N₄波導位于SiO₂基底上；或者所述的波導為Si波導，所述的Si波導位于SOI基底上。

進一步，所述的相變圓環結構為相變層Ge₂Sb₂Te₅或Ge₂Sb₂Se₄Te，具有至少兩個穩定的狀態，即晶態和非晶態，且這兩個狀態對探測光具有明顯不同的吸收系數。該相變圓環結構在波導倏逝場耦合作用下發生晶態至非晶態的可逆相變，完成相態的均勻翻轉。

進一步，所述的金屬圓盤和所述的金屬圓環中采用的金屬材料為Ag、Au、Al或Cu。

進一步，所述的相變圓環結構、所述的金屬圓盤和所述的金屬圓環三者厚度相同。