基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器制造技术

本发明专利技术公开一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器，包括绝缘硅基底和设置在绝缘硅基底上的微环硅波导。微环硅波导由2条直硅波导、1条圆形硅波导和1条跑道形硅波导组成。绝缘硅基底由下层的硅基底和上层的二氧化硅基底叠加而成。本发明专利技术具有体积小、抗干扰能力强、功耗低、灵敏度高等特点，在一定程度上解决当前片上温度传感器较高灵敏度和较小尺寸不能共存的问题，在片上系统温度检测领域有较大的研究价值和应用潜力。的研究价值和应用潜力。的研究价值和应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器


[0001]本专利技术涉及微纳光学和片上温度传感器
，具体涉及一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器。

技术介绍

[0002]近几年，集成电路产业迅猛发展，技术的进步和特征尺寸的缩小使得互联线间距越来越小和集成度越来越高，导致功率密度变得更加难以管理，温度就成了芯片优化的重要问题。探索散热方法的同时，在芯片上集成温度传感器，用来准确的感测系统或者单一芯片的温度也是非常重要的。目前，许多光学传感器被应用到片上温度检测中，与传统电气传感器相比，光学传感器具有抗电磁干扰能力强，分辨率高，体积小，易于集成等优点，并且广泛被应用到传感检测中。在光学传感中，传感结构有许多选择，比如光子晶体、布拉格光栅、槽波导、Mach
‑
Zehnder干涉仪、微环谐振器等，其中微环谐振器的结构设计紧凑，具有高灵敏度和选择性，能够利用现有的SOI等工艺实现，更适合在片上系统进行传感检测，受到众多研究者的青睐。但是，从当前已经报道的基于微环谐振器的片上温度传感器可以看出，其在获得较高灵敏度的同时会带来较大的结构尺寸，灵敏度和结构尺寸不能同时得到兼顾的。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的是现有基于微环谐振器的片上温度传感器不能同时满足高灵敏度和小尺寸要求的问题，提供一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器。
[0004]为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器，包括片上温度传感器本体，该片上温度传感器本体包括绝缘硅基底和设置在绝缘硅基底上的微环硅波导；微环硅波导由2条直硅波导、1条圆形硅波导和1条跑道形硅波导组成；2条直硅波导呈横向设置，且2条直硅波导相互平行；圆形硅波导位于2条直硅波导之间，且靠近上方的直硅波导；跑道形硅波导位于2条直硅波导之间，且靠近下方的直硅波导；跑道形硅波导呈横向设置，即跑道形硅波导的半圆跑道部分位于左右两侧，跑道形硅波导的直线跑道部分位于上下两侧；跑道形硅波导的上下两侧直线跑道部分与直硅波导平行；圆形硅波导的圆心与跑道形硅波导的左侧的半圆跑道部分的圆心的连线与2条直硅波导垂直；上方的直硅波导的左端形成片上温度传感器本体的光波输入端，上方的直硅波导的右端和下方的直硅波导的左端悬置，下方的直硅波导的右端形成片上温度传感器本体的光波输出端。
[0006]上述方案中，绝缘硅基底由下层的硅基底和上层的二氧化硅基底叠加而成。
[0007]上述方案中，2条直硅波导、1条圆形硅波导和1条跑道形硅波导的线宽相同，且高度相等。
[0008]上述方案中，圆环硅波导必须满足的谐振方程为：
[0009]2πR1n
eff
＝m1λ
[0010]式中，R1为圆环硅波导的半径；n
eff
为波导有效折射率；m1为设定的圆环硅波的谐振级数；λ为光波波长。
[0011]上述方案中，跑道形硅波导必须满足的谐振方程为：
[0012](2πR2+2d)n
eff
＝m2λ
[0013]式中，R2为跑道形硅波导中半圆跑道部分的半径，d为跑道形硅波导中一条直跑道部分的长度；n
eff
为波导有效折射率；m2为设定的跑道形硅波导的谐振级数；λ为光波波长。
[0014]上述方案中，跑道形硅波导左右两侧的半圆跑道部分的半径与圆形硅波导的半径相同。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有体积小、抗干扰能力强、功耗低、灵敏度高等特点，在一定程度上解决当前片上温度传感器较高灵敏度和较小尺寸不能共存的问题，在片上系统温度检测领域有较大的研究价值和应用潜力。
附图说明
[0016]图1是基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器的结构立体结构示意图。
[0017]图2是波导耦合区的示意图。
[0018]图3是波长为1.5
‑
1.6μm，25℃时微环传感器输出光谱图。
[0019]图4是波长为1.5
‑
1.6μm时不同温度下微环传感器输出光谱图。
[0020]图5是波长为1.52μm到1.55μm不同温度下输出光谱放大图。
[0021]图6是不同温度下透射光谱的偏移。
[0022]图7是自由光谱范围(FSR)。
[0023]图中标号：1
‑
1、硅基底；1
‑
2、二氧化硅基底；2
‑
1、直硅波导；2
‑
2、圆形硅波导；2
‑
3、跑道形硅波导。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本专利技术进一步详细说明。
[0025]参见图1，一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器，该温度传感器由绝缘硅基底和微环硅波导两部分组成。微环硅波导设置在绝缘硅基底上。绝缘硅基底由下层的硅基底1
‑
1和上层的二氧化硅基底1
‑
2叠加而成。在本实施例中，绝缘硅基底为40μm高的硅基底1
‑
1和4μm高的二氧化硅基底1
‑
2。微环硅波导由2条直硅波导2
‑
1、1条圆形硅波导2
‑
2和1条跑道形硅波导2
‑
3组成。2条直硅波导2
‑
1、1条圆形硅波导2
‑
2和1条跑道形硅波导2
‑
3的线宽相同，且高度相等。在本实施例中，2条直硅波导2
‑
1、1条圆形硅波导2
‑
2和1条跑道形硅波导2
‑
3的线宽为0.475μm，高度为0.18μm。硅基底1
‑
1和微环硅波导均为Si材料制成，二氧化硅基底1
‑
2为SiO2材料制成。Si材料折射率取3.475，SiO2材料的折射率取1.44。
[0026]2条直硅波导2
‑
1呈横向设置，且2条直硅波导2
‑
1相互平行。圆形硅波导2
‑
2位于2条直硅波导2
‑
1之间，且靠近上方的直硅波导2
‑
1。跑道形硅波导2
‑
3位于2条直硅波导2
‑
1之间，且靠近下方的直硅波导2
‑
1。在本实例中，上方的直硅波导2
‑
1与圆形硅波导2
‑
2之间的间隙、圆形硅波导2
‑
2与跑道形硅波导2
‑
3之间的间隙、以及跑道形硅波导2
‑
3与下方的直硅波导2
‑
1之间的间隙均为0.1μm。跑道形硅波导2
‑
3呈横向设置，即跑道形硅波导2
‑
3的半圆
跑道部分位于左右两侧，跑道形硅波导2
‑
3的直线跑道部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器，包括片上温度传感器本体，其特征是，该片上温度传感器本体包括绝缘硅基底和设置在绝缘硅基底上的微环硅波导；微环硅波导由2条直硅波导(2
‑
1)、1条圆形硅波导(2
‑
2)和1条跑道形硅波导(2
‑
3)组成；2条直硅波导(2
‑
1)呈横向设置，且2条直硅波导(2
‑
1)相互平行；圆形硅波导(2
‑
2)位于2条直硅波导(2
‑
1)之间，且靠近上方的直硅波导(2
‑
1)；跑道形硅波导(2
‑
3)位于2条直硅波导(2
‑
1)之间，且靠近下方的直硅波导(2
‑
1)；跑道形硅波导(2
‑
3)呈横向设置，即跑道形硅波导(2
‑
3)的半圆跑道部分位于左右两侧，跑道形硅波导(2
‑
3)的直线跑道部分位于上下两侧；跑道形硅波导(2
‑
3)的上下两侧直线跑道部分与直硅波导(2
‑
1)平行；圆形硅波导(2
‑
2)的圆心与跑道形硅波导(2
‑
3)的左侧的半圆跑道部分的圆心的连线与2条直硅波导(2
‑
1)垂直；上方的直硅波导(2
‑
1)的左端形成片上温度传感器本体的光波输入端，上方的直硅波导(2
‑
1)的右端和下方的直硅波导(2
‑
1)的左端悬置，下方的直硅波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡聪，施运应，苑金金，朱爱军，许川佩，黄喜军，万春霆，陈涛，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：