基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯的表面等离子激元的Feynman门，包括第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一弧形波导和第二弧形波导，采用了两个微环谐振腔使得所设计的结构简单紧凑，为进一步设计更加复杂的逻辑器件提供借鉴，同时，第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一弧形波导和第二弧形波导结构的配合，满足了石墨烯表面等离激元的传播条件；优点是尺寸大大的缩小，结构紧凑，更加有利于片上集成。

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门
本专利技术涉及一种Feynman门，尤其是涉及一种基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门。
技术介绍
随着信息科学技术不断发展的推进，计算机芯片的集成度以一年半翻一番的速度增长。当集成电路的线宽持续降低到一定程度时，摩尔定律将失去作用，当从原子角度考量门和连线时，量子效应便会对电子的正常运动产生很大的影响，那时就不得不从量子计算的角度来考虑集成电路了。目前，由场效应晶体管(Fets)组成的传统布尔型计算机是基于不可逆逻辑运算的。随着芯片集成度的不断增长，从而引发严重的发热问题。Landauer曾阐述过，对于传统的不可逆逻辑计算，每一比特信息损失因子都会产生ktln2焦耳的热能(其中k是Boltzmann常数，t是绝对温度)。虽然一比特信息丢失所产生的能量较小，但是在处理大量数据时所产的能量是相当大的，由此导致芯片存在严重的散热问题。出于对上述问题的考虑，基于量子计算的量子可逆逻辑研究吸引着越来越多的学者关注。可逆逻辑方案可以实现一对一的映射功能，从对应的输出信号中识别输入信号，这意味着能从每个输入信号判断出一个唯一的输出信号，每个输出信号也可以追踪到一个唯一的输入信号。这种一对一的映射功能使得在不消耗能量和信息丢失的情况下从输出中恢复输入成为可能。因此，可逆逻辑在避免散热的同时不擦除任何信息，这对于未来的高速信息处理是非常重要的。目前，为了解决因为信息丢失而引起的散热问题，人们提出并论证了多种可逆逻辑电路的解决方案。例如空间光方案、光纤方案、光子量子方案以及化学和生物方案。然而，这些方案在制造过程中都与商用互补金属氧化物半导体(CMOS)不兼容，在实现大规模集成方面也是非常容易的，导致集成电路具有很高的制造成本，限制了它们在片上信息处理领域的应用。其次YonghuiTian等人提出并演示了一种利用硅基微环谐振器实现可逆逻辑操作的光学Feynman门。但该光学Feynman门同样也尺寸过大且不利于高度的集成化光学芯片设计。石墨烯是一种由碳单原子周期性排列的蜂窝状结构组成的二维材料，它的价带和导带相交于狄拉克点(Dirac)，这种奇特的能带结构使得石墨烯具备其他普通材料不具有的一些特性，比如非常高的载流子迁移速率，优异的电学性能以及加适当门电压可以改变石墨烯的费米能级。因此，基于石墨烯表面等离子激元波导在设计高度集成的光学器件方面有着巨大的潜能。鉴此，设计了一种基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门，对于减小Feynman门的尺寸，提高结构紧凑性，利于片上集成具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种尺寸较小、结构紧凑，利于片上集成的基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于石墨烯的表面等离子激元的Feynman门，包括基底、缓冲层、第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、弧度为90度的第一弧形波导、弧度为90度的第二弧形波导、第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；所述的基底和所述的缓冲层均为长方体结构，将所述的基底的长边方向定义为左右方向，宽边方向定义为前后方向；所述的缓冲层平铺设置在所述的基底的上表面，所述的缓冲层的前端面与所述的基底的前端面位于同一平面，所述的缓冲层的后端面与所述的基底的后端面位于同一平面，所述的缓冲层的左端面与所述的基底的左端面位于同一平面，所述的缓冲层的右端面与所述的基底的右端面位于同一平面，所述的第一矩形直波导、所述的第二矩形直波导、所述的第三矩形直波导、所述的第四矩形直波导、所述的第五矩形直波导、所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第一微环谐振腔和所述的第二微环谐振腔分别平铺设置在所述的缓冲层的上表面，所述的第一矩形直波导和所述的第三矩形直波导的长边方向均平行于所述的缓冲层的宽边方向，所述的第二矩形直波导的长边方向、所述的第四矩形直波导的长边方向和所述的第五矩形直波导的长边方向均平行于所述的缓冲层的长边方向，所述的第一矩形直波导、所述的第二矩形直波导、所述的第三矩形直波导、所述的第四矩形直波导和所述的第五矩形直波导的宽边长度均为30nm，所述的第一矩形直波导的长边长度等于360nm，所述的第二矩形直波导的长边长度为658nm，所述的第三矩形直波导的长边长度为44nm，所述的第四矩形直波导的长边长度为268nm，所述的第五矩形直波导长边长度为115nm，所述的第一微环谐振腔和所述的第二微环谐振腔的内圈半径均为70nm，外圈半径均为100nm，所述的第一弧形波导和所述的第二弧形波导的内径均为105nm，外径均为135nm；所述的第一矩形直波导的后端面所在平面与所述的缓冲层的后端面所在平面重合，所述的第一矩形直波导的右端面所在平面与所述的缓冲层的右端面所在平面具有一段距离，所述的第一矩形直波导的前端面与所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端与所述的第五矩形直波导的右端面连接，所述的第五矩形直波导的左端面与所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的第三矩形直波导的前端面贴合连接，所述的第五矩形直波导的前端面与所述的缓冲层的前端面之间具有一段距离，所述的第一微环谐振腔位于所述的第三矩形直波导的左侧，所述的第三矩形直波导的左端面向左移动6nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第四矩形直波导位于所述的第一微环谐振腔的前侧，所述的第四矩形直波导的左端面与所述的缓冲层的左端面位于同一平面，所述的第二矩形直波导位于所述的第一微环谐振腔的后侧，所述的第二矩形直波导的左端面与所述的缓冲层的左端面位于同一平面，所述的第二矩形直波导的右端面所在平面与所述的第一矩形直波导的左端面所在平面之间具有一段距离；所述的第四矩形直波导的后端面向后移动2nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二矩形直波导的前端面向前移动2nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二微环谐振腔位于所述的第一矩形直波导的左侧以及所述的第二矩形直波导的后侧，所述的第一矩形直波导的左端面向左移动2nm后将会与第二微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二矩形直波导的后端面向后移动3nm后将会与第二微环谐振腔的外侧壁相切；所述的第二矩形直波导的左端面为所述的Feynman门的输入端，所述的第四矩形直波导的左端面为所述的Feynman门的第一输出端，所述的第一矩形直波导的后端面为所述的Feynman门的第二输出端。所述的基底的材料为硅，所述的基底的厚度为20nm，所述的缓冲层的材料为二氧化硅，所述的缓冲层的厚度为20nm；所述的第一矩形直波导由第一底层矩形直波导、第一左侧矩形直波导、第一右侧矩形直波导、第一中层矩形直波导和第一上层矩形直波导通过CMOS兼容工艺连接形成，此时将所述的第一矩形直波导的长边方向定义为其前后方向，宽边方向定义为其左右方向；所述的第一底层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第一底层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第一底层矩形直波导沿前后方向的长度为360nm，所述的第一底层矩形直波导的沿左右方向的长度为30nm，所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波左右导间隔设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的表面等离子激元的Feynman门，其特征在于包括基底、缓冲层、第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、弧度为90度的第一弧形波导、弧度为90度的第二弧形波导、第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；所述的基底和所述的缓冲层均为长方体结构，将所述的基底的长边方向定义为左右方向，宽边方向定义为前后方向；所述的缓冲层平铺设置在所述的基底的上表面，所述的缓冲层的前端面与所述的基底的前端面位于同一平面，所述的缓冲层的后端面与所述的基底的后端面位于同一平面，所述的缓冲层的左端面与所述的基底的左端面位于同一平面，所述的缓冲层的右端面与所述的基底的右端面位于同一平面，所述的第一矩形直波导、所述的第二矩形直波导、所述的第三矩形直波导、所述的第四矩形直波导、所述的第五矩形直波导、所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第一微环谐振腔和所述的第二微环谐振腔分别平铺设置在所述的缓冲层的上表面，所述的第一矩形直波导和所述的第三矩形直波导的长边方向均平行于所述的缓冲层的宽边方向，所述的第二矩形直波导的长边方向、所述的第四矩形直波导的长边方向和所述的第五矩形直波导的长边方向均平行于所述的缓冲层的长边方向，所述的第一矩形直波导、所述的第二矩形直波导、所述的第三矩形直波导、所述的第四矩形直波导和所述的第五矩形直波导的宽边长度均为30nm，所述的第一矩形直波导的长边长度等于360nm，所述的第二矩形直波导的长边长度为658nm，所述的第三矩形直波导的长边长度为44nm，所述的第四矩形直波导的长边长度为268nm，所述的第五矩形直波导长边长度为115nm，所述的第一微环谐振腔和所述的第二微环谐振腔的内圈半径均为70nm，外圈半径均为100nm，所述的第一弧形波导和所述的第二弧形波导的内径均为105nm，外径均为135nm；所述的第一矩形直波导的后端面所在平面与所述的缓冲层的后端面所在平面重合，所述的第一矩形直波导的右端面所在平面与所述的缓冲层的右端面所在平面具有一段距离，所述的第一矩形直波导的前端面与所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端与所述的第五矩形直波导的右端面连接，所述的第五矩形直波导的左端面与所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的第三矩形直波导的前端面贴合连接，所述的第五矩形直波导的前端面与所述的缓冲层的前端面之间具有一段距离，所述的第一微环谐振腔位于所述的第三矩形直波导的左侧，所述的第三矩形直波导的左端面向左移动6nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第四矩形直波导位于所述的第一微环谐振腔的前侧，所述的第四矩形直波导的左端面与所述的缓冲层的左端面位于同一平面，所述的第二矩形直波导位于所述的第一微环谐振腔的后侧，所述的第二矩形直波导的左端面与所述的缓冲层的左端面位于同一平面，所述的第二矩形直波导的右端面所在平面与所述的第一矩形直波导的左端面所在平面之间具有一段距离；所述的第四矩形直波导的后端面向后移动2nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二矩形直波导的前端面向前移动2nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二微环谐振腔位于所述的第一矩形直波导的左侧以及所述的第二矩形直波导的后侧，所述的第一矩形直波导的左端面向左移动2nm后将会与第二微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二矩形直波导的后端面向后移动3nm后将会与第二微环谐振腔的外侧壁相切；所述的第二矩形直波导的左端面为所述的Feynman门的输入端，所述的第四矩形直波导的左端面为所述的Feynman门的第一输出端，所述的第一矩形直波导的后端面为所述的Feynman门的第二输出端。...

【技术特征摘要】
2019.05.20 CN 20191042115211.一种基于石墨烯的表面等离子激元的Feynman门，其特征在于包括基底、缓冲层、第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、弧度为90度的第一弧形波导、弧度为90度的第二弧形波导、第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；所述的基底和所述的缓冲层均为长方体结构，将所述的基底的长边方向定义为左右方向，宽边方向定义为前后方向；所述的缓冲层平铺设置在所述的基底的上表面，所述的缓冲层的前端面与所述的基底的前端面位于同一平面，所述的缓冲层的后端面与所述的基底的后端面位于同一平面，所述的缓冲层的左端面与所述的基底的左端面位于同一平面，所述的缓冲层的右端面与所述的基底的右端面位于同一平面，所述的第一矩形直波导、所述的第二矩形直波导、所述的第三矩形直波导、所述的第四矩形直波导、所述的第五矩形直波导、所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第一微环谐振腔和所述的第二微环谐振腔分别平铺设置在所述的缓冲层的上表面，所述的第一矩形直波导和所述的第三矩形直波导的长边方向均平行于所述的缓冲层的宽边方向，所述的第二矩形直波导的长边方向、所述的第四矩形直波导的长边方向和所述的第五矩形直波导的长边方向均平行于所述的缓冲层的长边方向，所述的第一矩形直波导、所述的第二矩形直波导、所述的第三矩形直波导、所述的第四矩形直波导和所述的第五矩形直波导的宽边长度均为30nm，所述的第一矩形直波导的长边长度等于360nm，所述的第二矩形直波导的长边长度为658nm，所述的第三矩形直波导的长边长度为44nm，所述的第四矩形直波导的长边长度为268nm，所述的第五矩形直波导长边长度为115nm，所述的第一微环谐振腔和所述的第二微环谐振腔的内圈半径均为70nm，外圈半径均为100nm，所述的第一弧形波导和所述的第二弧形波导的内径均为105nm，外径均为135nm；所述的第一矩形直波导的后端面所在平面与所述的缓冲层的后端面所在平面重合，所述的第一矩形直波导的右端面所在平面与所述的缓冲层的右端面所在平面具有一段距离，所述的第一矩形直波导的前端面与所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端与所述的第五矩形直波导的右端面连接，所述的第五矩形直波导的左端面与所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的第三矩形直波导的前端面贴合连接，所述的第五矩形直波导的前端面与所述的缓冲层的前端面之间具有一段距离，所述的第一微环谐振腔位于所述的第三矩形直波导的左侧，所述的第三矩形直波导的左端面向左移动6nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第四矩形直波导位于所述的第一微环谐振腔的前侧，所述的第四矩形直波导的左端面与所述的缓冲层的左端面位于同一平面，所述的第二矩形直波导位于所述的第一微环谐振腔的后侧，所述的第二矩形直波导的左端面与所述的缓冲层的左端面位于同一平面，所述的第二矩形直波导的右端面所在平面与所述的第一矩形直波导的左端面所在平面之间具有一段距离；所述的第四矩形直波导的后端面向后移动2nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二矩形直波导的前端面向前移动2nm将会与所述的第一微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二微环谐振腔位于所述的第一矩形直波导的左侧以及所述的第二矩形直波导的后侧，所述的第一矩形直波导的左端面向左移动2nm后将会与第二微环谐振腔的外侧壁相切，所述的第二矩形直波导的后端面向后移动3nm后将会与第二微环谐振腔的外侧壁相切；所述的第二矩形直波导的左端面为所述的Feynman门的输入端，所述的第四矩形直波导的左端面为所述的Feynman门的第一输出端，所述的第一矩形直波导的后端面为所述的Feynman门的第二输出端。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的表面等离子激元的Feynman门，其特征在于所述的基底的材料为硅，所述的基底的厚度为20nm，所述的缓冲层的材料为二氧化硅，所述的缓冲层的厚度为20nm；所述的第一矩形直波导由第一底层矩形直波导、第一左侧矩形直波导、第一右侧矩形直波导、第一中层矩形直波导和第一上层矩形直波导通过CMOS兼容工艺连接形成，此时将所述的第一矩形直波导的长边方向定义为其前后方向，宽边方向定义为其左右方向；所述的第一底层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第一底层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第一底层矩形直波导沿前后方向的长度为360nm，所述的第一底层矩形直波导的沿左右方向的长度为30nm，所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波左右导间隔设置在所述的第一底层矩形直波导的上端面，所述的第一左侧矩形直波导的左端面与所述的第一底层矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第一右侧矩形直波导的右端面与所述的第一底层矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波导的材料均为二氧化硅，所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波导沿上下方面的厚度均为10nm，所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波导沿左右方向的长度均为1nm，所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波导沿前后方向的长度均为360nm，所述的第一中层矩形直波导设置在所述的第一左侧矩形直波导和所述的第一右侧矩形直波导上端面上，所述的第一中层矩形直波导的左端面与所述的第一左侧矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第一中层矩形直波导的右端面与所述的第一右侧矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第一中层矩形直波导的材料为石墨烯，所述的第一中层矩形直波导沿上下方向的厚度为1nm，所述的第一中层矩形直波导沿前后方向的长度为360nm，所述的第一中层矩形直波导沿左右方向的长度为30nm，所述的第一上层矩形直波导设置在所述的第一中层矩形直波导的上端面，所述的第一上层矩形直波导的左端面与所述的第一中层矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第一上层矩形直波导的右端面与所述的第一中层矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第一上层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第一上层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第一上层矩形直波导沿前后方向的长度为360nm，所述的第一上层矩形直波导沿左右方向的长度为30nm；所述的第二矩形直波导由第二底层矩形直波导、第二左侧矩形直波导、第二右侧矩形直波导、第二中层矩形直波导和第二上层矩形直波导通过CMOS兼容工艺连接形成，此时将所述的第二矩形直波导的长边方向定义为其前后方向，宽边方向定义为其左右方向；所述的第二底层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第二底层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第二底层矩形直波导沿前后方向的长度为658nm，所述的第二底层矩形直波导的沿左右方向的长度为30nm，所述的第二左侧矩形直波导和所述的第二右侧矩形直波左右导间隔设置在所述的第二底层矩形直波导的上端面，所述的第二左侧矩形直波导的左端面与所述的第二底层矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第二右侧矩形直波导的右端面与所述的第二底层矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第二左侧矩形直波导和所述的第二右侧矩形直波导的材料均为二氧化硅，所述的第二左侧矩形直波导和所述的第二右侧矩形直波导沿上下方面的厚度均为10nm，所述的第二左侧矩形直波导和所述的第二右侧矩形直波导沿左右方向的长度均为1nm，所述的第二左侧矩形直波导和所述的第二右侧矩形直波导沿前后方向的长度均为658nm，所述的第二中层矩形直波导设置在所述的第二左侧矩形直波导和所述的第二右侧矩形直波导上端面上，所述的第二中层矩形直波导的左端面与所述的第二左侧矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第二中层矩形直波导的右端面与所述的第二右侧矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第二中层矩形直波导的材料为石墨烯，所述的第二中层矩形直波导沿上下方向的厚度为1nm，所述的第二中层矩形直波导沿前后方向的长度为658nm，所述的第二中层矩形直波导沿左右方向的长度为30nm，所述的第二上层矩形直波导设置在所述的第二中层矩形直波导的上端面，所述的第二上层矩形直波导的左端面与所述的第二中层矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第二上层矩形直波导的右端面与所述的第二中层矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第二上层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第二上层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第二上层矩形直波导沿前后方向的长度为658nm，所述的第二上层矩形直波导沿左右方向的长度为30nm；所述的第三矩形直波导由第三底层矩形直波导、第三左侧矩形直波导、第三右侧矩形直波导、第三中层矩形直波导和第三上层矩形直波导通过CMOS兼容工艺连接形成，此时将所述的第三矩形直波导的长边方向定义为其前后方向，宽边方向定义为其左右方向；所述的第三底层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第三底层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第三底层矩形直波导沿前后方向的长度为44nm，所述的第三底层矩形直波导的沿左右方向的长度为30nm，所述的第三左侧矩形直波导和所述的第三右侧矩形直波左右导间隔设置在所述的第三底层矩形直波导的上端面，所述的第三左侧矩形直波导的左端面与所述的第三底层矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第三右侧矩形直波导的左端面与所述的第三底层矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第三左侧矩形直波导和所述的第三右侧矩形直波导的材料均为二氧化硅，所述的第三左侧矩形直波导和所述的第三右侧矩形直波导沿上下方面的厚度均为10nm，所述的第三左侧矩形直波导和所述的第三右侧矩形直波导沿左右方向的长度均为1nm，所述的第三左侧矩形直波导和所述的第三右侧矩形直波导沿前后方向的长度均为44nm，所述的第三中层矩形直波导设置在所述的第三左侧矩形直波导和所述的第三右侧矩形直波导上端面上，所述的第三中层矩形直波导的左端面与所述的第三左侧矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第三中层矩形直波导的右端面与所述的第三右侧矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第三中层矩形直波导的材料为石墨烯，所述的第三中层矩形直波导沿上下方向的厚度为1nm，所述的第三中层矩形直波导沿前后方向的长度为44nm，所述的第三中层矩形直波导沿左右方向的长度为30nm，所述的第三上层矩形直波导设置在所述的第三中层矩形直波导的上端面，所述的第三上层矩形直波导的左端面与所述的第三中层矩形直波导的左端面位于同一平面，所述的第三上层矩形直波导的右端面与所述的第三中层矩形直波导的右端面位于同一平面，所述的第三上层矩形直波导的材料为二氧化硅，所述的第三上层矩形直波导沿上下方向的厚度为20nm，所述的第三上层矩形直波导沿前后方向的长度为44nm，所述的第三上层矩形直波导沿左右方向的长度为30nm；所述的第四矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟伟，丁健，汪鹏君，李燕，虞若兰，杨建义，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33