基于石墨烯-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯‑硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关，包括衬底层、下绝缘层、上绝缘层、上波导层、调节层、下波导层、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极位于上绝缘层内，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极按照从前往后的顺序间隔排列，上波导层、调节层和下波导层位于上绝缘层内，上波导层、调节层和下波导层按照从上到下的顺序间隔排列，上波导层、调节层和下波导层分别采用从左向右延伸的对称Y分叉结构实现，调节层包括从上到下层叠并对齐设置的上石墨烯层、电介质层和下石墨烯层；优点是在具有较高的消光比的基础上，可以实现不同的开光状态，且功耗较低，响应速度较快。

Compact Y-branch broadband dual-mode optical switch based on graphene silicon waveguide

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关
本专利技术涉及一种双模光开关，尤其是涉及一种基于石墨烯-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关。
技术介绍
随着带宽数据服务的需求不断快速提高，为了满足日益增长的数据容量需求，带宽受限的电互联正面临着不小的挑战。为了解决电互联的窄带宽问题，光互连应运而生。其中，作为光上下路复用(OADM)和光交叉互联(OXC)的核心器件，光开关对光互联网络的性能影响越来越大，逐渐成为光互联的关键技术之一。由于兼容CMOS工艺，基于SOI平台的硅基波导光开关得到科研人员的广泛关注，发展迅速。迄今为止，较为成熟的硅基波导光开关有如下两种：采用非对称Y分叉结构的光开关和采用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构或对称Y分叉结构的热光开关。采用非对称Y分叉结构的光开关虽然具有较大的消光比，但其只能实现一种开关功能，功能单一；采用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构或对称Y分叉结构的热光开关在具有较高的消光比的基础上，可以通过电加热调制的方式实现不同的开关状态，但较高的电热功耗是其亟待解决的问题，并且，有些热光开关是基于有机聚合物的热光效应研制的，响应速度较慢。
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在具有较高的消光比的基础上，可以实现不同的开光状态，且功耗较低，响应速度较快的基于石墨烯-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关。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-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关，包括衬底层、下绝缘层、上绝缘层、上波导层、调节层、下波导层、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极；所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层按照从下到上顺序层叠，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层分别为长方体形状，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层沿左右方向的长度相等，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层沿前后方向的长度相等，所述的衬底层的左端面、所述的下绝缘层的左端面和所述的上绝缘层的左端面位于同一平面，所述的衬底层的前端面、所述的下绝缘层的前端面和所述的上绝缘层的前端面位于同一平面；所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极位于所述的上绝缘层内，所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极按照从前往后的顺序间隔排列，所述的第一电极之间的距离等于所述的第三电极和所述的第四电极之间的距离，所述的第一电极的上端面、所述的第二电极的上端面、所述的第三电极的上端面和所述的第四电极的上端面与所述的上绝缘层的上端面位于同一平面；所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层位于所述的上绝缘层内，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层按照从上到下的顺序间隔排列，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层分别采用从左向右延伸的对称Y分叉结构实现，所述的对称Y分叉结构由主干和与所述的主干连接且前后对称设置的两个分支组成，所述的上波导层的结构和尺寸与所述的下波导层的结构和尺寸完全一样，所述的调节层的结构和尺寸与所述的上波导层的结构和尺寸基本相同区别仅在于两者厚度不一样，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层三者上下对齐，所述的上波导层的左端面、所述的调节层的左端面、所述的下波导层的左端面与所述的上绝缘层的左端面位于同一平面，所述的上波导层的右端面、所述的调节层的右端面、所述的下波导层的右端面与所述的上绝缘层的右端面位于同一平面；所述的下波导层的下端面与所述的上绝缘层的下端面位于同一平面，所述的上波导层位于前侧的分支从所述的第一电极和所述的第二电极之间通过，所述的上波导层位于后侧的分支从所述的第三电极和所述的第四电极之间通过，所述的第一电极的底端、所述的第二电极的底端、所述的第三电极的底端和所述的第四电极的底端分别附着有铬膜层，所述的调节层包括从上到下层叠并对齐设置的上石墨烯层、电介质层和下石墨烯层；所述的调节层位于前侧的分支的上石墨烯层的前端向前延伸与所述的第一电极底端的铬膜层连接，所述的调节层位于前侧的分支的下石墨烯层的后端向后延伸与所述的第二电极底端的铬膜层连接，所述的调节层位于后侧的分支的上石墨烯层的前端向前延伸与所述的第三电极底端的铬膜层连接，所述的调节层位于后侧的分支的下石墨烯层的后端向后延伸与所述的第四电极底端的铬膜层连接。所述的衬底层的材料为硅，厚度748μm；所述的下绝缘层的材料为二氧化硅，厚度为2μm；所述的上绝缘层的材料为二氧化硅，厚度为1.5μm；所述的上波导层和所述的下波导层的材料均为硅，所述的上波导层和所述的下波导层的厚度均为98.3nm；所述的上波导层与所述的调节层之间的间距为5nm；所述的下波导层与所述的调节层之间的间距为5nm；所述的上石墨烯层的厚度为1.7nm，所述的电介质层的材料为二氧化铪，厚度为10nm，所述的下石墨烯层的厚度为1.7nm所述的对称Y分叉结构的主干为条形，所述的对称Y分叉结构的主干沿前后方向的长度为600nm，所述的对称Y分叉结构的主干通过渐变波导分别与其两个分支连接，所述的渐变波导沿前后方向的长度先变大然后变小，且其沿前后方向的最大长度为1200nm，所述的对称Y分叉结构的两个分支分别为S形，所述的对称Y分叉结构的两个分支左端的距离为60nm，所述的对称Y分叉结构的两个分支右端的距离为660nm；所述的上波导层位于前侧的分支与所述的第一电极之间的距离为2μm，所述的上波导层位于前侧的分支与所述的第二电极之间的距离为2μm，所述的上波导层位于后侧的分支与所述的第三电极之间的距离为2μm，所述的上波导层位于后侧的分支与所述的第四电极之间的距离为2μm。所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极均为金电极。与现有技术相比，本专利技术的优点在于通过衬底层、下绝缘层、上绝缘层、上波导层、调节层、下波导层、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极构成基于石墨烯-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关，衬底层、下绝缘层和上绝缘层按照从下到上顺序层叠，衬底层、下绝缘层和上绝缘层分别为长方体形状，衬底层、下绝缘层和上绝缘层沿左右方向的长度相等，衬底层、下绝缘层和上绝缘层沿前后方向的长度相等，衬底层的左端面、下绝缘层的左端面和上绝缘层的左端面位于同一平面，衬底层的前端面、下绝缘层的前端面和上绝缘层的前端面位于同一平面；第一电极、第二电极、第三电极和第四电极位于上绝缘层内，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极按照从前往后的顺序间隔排列，第一电极之间的距离等于第三电极和第四电极之间的距离，第一电极的上端面、第二电极的上端面、第三电极的上端面和第四电极的上端面与上绝缘层的上端面位于同一平面；上波导层、调节层和下波导层位于上绝缘层内，上波导层、调节层和下波导层按照从上到下的顺序间隔排列，上波导层、调节层和下波导层分别采用从左向右延伸的对称Y分叉结构实现，对称Y分叉结构由主干和与主干连接且前后对称设置的两个分支组成，上波导层的结构和尺寸与下波导层的结构和尺寸完全一样，调节层的结构和尺寸与上波导层的结构和尺寸基本相同区别仅在于两者厚度不一样，上波导层、调节层和下波导层三者上下对齐，上波导层的左端面、调节层的左端面、下波导层的左端面与上绝缘层的左端面位于同一平面，上波导层的右端面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯‑硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关，其特征在于包括衬底层、下绝缘层、上绝缘层、上波导层、调节层、下波导层、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极；所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层按照从下到上顺序层叠，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层分别为长方体形状，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层沿左右方向的长度相等，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层沿前后方向的长度相等，所述的衬底层的左端面、所述的下绝缘层的左端面和所述的上绝缘层的左端面位于同一平面，所述的衬底层的前端面、所述的下绝缘层的前端面和所述的上绝缘层的前端面位于同一平面；所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极位于所述的上绝缘层内，所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极按照从前往后的顺序间隔排列，所述的第一电极之间的距离等于所述的第三电极和所述的第四电极之间的距离，所述的第一电极的上端面、所述的第二电极的上端面、所述的第三电极的上端面和所述的第四电极的上端面与所述的上绝缘层的上端面位于同一平面；所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层位于所述的上绝缘层内，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层按照从上到下的顺序间隔排列，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层分别采用从左向右延伸的对称Y分叉结构实现，所述的对称Y分叉结构由主干和与所述的主干连接且前后对称设置的两个分支组成，所述的上波导层的结构和尺寸与所述的下波导层的结构和尺寸完全一样，所述的调节层的结构和尺寸与所述的上波导层的结构和尺寸基本相同区别仅在于两者厚度不一样，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层三者上下对齐，所述的上波导层的左端面、所述的调节层的左端面、所述的下波导层的左端面与所述的上绝缘层的左端面位于同一平面，所述的上波导层的右端面、所述的调节层的右端面、所述的下波导层的右端面与所述的上绝缘层的右端面位于同一平面；所述的下波导层的下端面与所述的上绝缘层的下端面位于同一平面，所述的上波导层位于前侧的分支从所述的第一电极和所述的第二电极之间通过，所述的上波导层位于后侧的分支从所述的第三电极和所述的第四电极之间通过，所述的第一电极的底端、所述的第二电极的底端、所述的第三电极的底端和所述的第四电极的底端分别附着有铬膜层，所述的调节层包括从上到下层叠并对齐设置的上石墨烯层、电介质层和下石墨烯层；所述的调节层位于前侧的分支的上石墨烯层的前端向前延伸与所述的第一电极底端的铬膜层连接，所述的调节层位于前侧的分支的下石墨烯层的后端向后延伸与所述的第二电极底端的铬膜层连接，所述的调节层位于后侧的分支的上石墨烯层的前端向前延伸与所述的第三电极底端的铬膜层连接，所述的调节层位于后侧的分支的下石墨烯层的后端向后延伸与所述的第四电极底端的铬膜层连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯-硅波导紧凑型Y分叉宽带双模光开关，其特征在于包括衬底层、下绝缘层、上绝缘层、上波导层、调节层、下波导层、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极；所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层按照从下到上顺序层叠，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层分别为长方体形状，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层沿左右方向的长度相等，所述的衬底层、所述的下绝缘层和所述的上绝缘层沿前后方向的长度相等，所述的衬底层的左端面、所述的下绝缘层的左端面和所述的上绝缘层的左端面位于同一平面，所述的衬底层的前端面、所述的下绝缘层的前端面和所述的上绝缘层的前端面位于同一平面；所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极位于所述的上绝缘层内，所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极按照从前往后的顺序间隔排列，所述的第一电极之间的距离等于所述的第三电极和所述的第四电极之间的距离，所述的第一电极的上端面、所述的第二电极的上端面、所述的第三电极的上端面和所述的第四电极的上端面与所述的上绝缘层的上端面位于同一平面；所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层位于所述的上绝缘层内，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层按照从上到下的顺序间隔排列，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层分别采用从左向右延伸的对称Y分叉结构实现，所述的对称Y分叉结构由主干和与所述的主干连接且前后对称设置的两个分支组成，所述的上波导层的结构和尺寸与所述的下波导层的结构和尺寸完全一样，所述的调节层的结构和尺寸与所述的上波导层的结构和尺寸基本相同区别仅在于两者厚度不一样，所述的上波导层、所述的调节层和所述的下波导层三者上下对齐，所述的上波导层的左端面、所述的调节层的左端面、所述的下波导层的左端面与所述的上绝缘层的左端面位于同一平面，所述的上波导层的右端面、所述的调节层的右端面、所述的下波导层的右端面与所述的上绝缘层的右端面位于同一平面；所述的下波导层的下端面与所述的上绝缘层的下端面位于同一平面，所述的上波导层位于前侧的分支从所述的第一电极和所述的第二电极之间通过，所述的上波导层位于后侧的分支从所述的第三电极和所述的第四...

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