一种半导体梯形微腔结构的芯片及其应用制造技术

本发明专利技术涉及微结构应用技术领域，具体涉及一种半导体梯形微腔结构的芯片，衬底

【技术实现步骤摘要】
一种半导体梯形微腔结构的芯片及其应用


[0001]本专利技术涉及微结构应用
，具体涉及一种半导体梯形微腔结构的芯片及其应用
。

技术介绍

[0002]在半导体材质基底上实现具有多重光电功能且易于人为可调控的技术方法在电子信息
、
光电子器件以及高速信息技术等诸多领域都具有非常重要的应用价值
。
而如何在基于简单的半导体微结构，实现高性能
(
例如，高品质的光传输性质：光谱带宽很窄
、
操作前后光谱频移和强度改变信噪比高等等
)
光谱技术和调控渠道一直是科技探索的重要前沿技术
。
[0003]常见的半导体基片上芯片结构单元往往远大于工作波长，难以实现亚波长的结构尺寸，进而严重制约了高密集的集成
。
例如，在最前沿的
AR/VR
技术或高通量信息通信与光学视频技术中，就因为结构单元大无法高集成最终导致无法实现高信噪比
、
高像素信息传输和显示，从而无法获得高品质的信息通信和视频通讯应用
。
而要实现高速率和高效能的信息传输，良好的调控技术更是半导体基片上芯片技术的必然要求
。
调控中的信噪比
、
能耗
、
可操作性都是至关重要的品质因子
。
此外，在一个半导体基片上芯片模块中集成多频段同步调控则更是推动产品高集成与微型化低能耗等多个优点于一体的未来技术发展的重要目标
。
然而，现有的半导体基片上芯片技术往往集中于某一个技术手段，难以同时具备和实现多频段多重功能，而且结构往往较为复杂
、
难以实现超高集成
。
[0004]在以上技术需求中，实现较窄的光谱响应，或突变式的光谱强度变化是实现优良调控与开关特性的关键
。

技术实现思路

[0005]为解决以上问题，本专利技术一方面提供了一种半导体梯形微腔结构的芯片，包括衬底
、
第一透明电极膜层
、
铌酸锂膜层
、
第二透明电极膜层
、
半导体微结构，所述第一透明电极膜层置于所述衬底上，所述铌酸锂膜层置于所述第一透明电极膜层上，所述第二透明电极膜层置于所述铌酸锂膜层上，所述半导体微结构周期性地置于所述第二透明电极膜层上，所述半导体微结构中设有倾斜微腔，所述倾斜微腔贯穿所述半导体微结构的顶面和底面，所述倾斜微腔与所述第二透明电极膜层法线之间的形成夹角；所述半导体微结构的截面为梯形，与所述第二透明电极膜层连接处，所述梯形的底边长，所述梯形的顶边短
。
[0006]更进一步地，第一透明电极膜层和所述第二透明电极膜层的材料为氧化铟锡
。
[0007]更进一步地，半导体微结构的材料为单晶硅
。
[0008]更进一步地，周期为二维周期
。
[0009]更进一步地，倾斜微腔与第二透明电极膜层法线之间的夹角小于
30
度
。
[0010]更进一步地，倾斜微腔与第二透明电极膜层法线之间的夹角小于
11
度
。
[0011]更进一步地，倾斜微腔的宽度小于
150
纳米，第二透明电极膜层的厚度小于
200
纳
米
。
[0012]更进一步地，半导体微结构的高度小于
300
纳米
。
[0013]再一方面，本专利技术提供了上述半导体梯形微腔结构的芯片的应用：半导体梯形微腔结构的芯片可用作电控开关；将第一透明电极膜层和第二透明电极膜层分别连接外电路，在铌酸锂膜层中形成电场，测量反射光谱，根据反射峰或反射谷的移动实现电控开关
。
[0014]本专利技术的有益效果：
[0015]本专利技术在铌酸锂膜层上构建半导体微结构阵列
、
在半导体微结构中引入倾斜微腔，实现了结构对称破缺特征，产生了双频段超窄带的共振光谱和高品质的共振模式，获得了优异的反射光谱以及很强的局域光场耦合特性
。
不仅如此，铌酸锂膜层还实现了在外加电学信号下的光场和反射光谱的调控，产生了高性能的电光调控技术，实现了电控开关应用
。
另外，本专利技术的小尺寸和亚波长特征以及双频段光谱技术有利于本专利技术在高集成
、
多功能的光电功能技术与器件方面的应用
。
[0016]综合以上效果，本专利技术在微结构应用
具有良好的应用前景
。
[0017]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明
。
附图说明
[0018]图1是一种半导体梯形微腔结构的芯片的示意图
。
[0019]图2是半导体梯形微腔结构倾斜微腔倾斜
(a)
和倾斜微腔不倾斜
(b)
时片上芯片的反射光谱图
。
[0020]图3是半导体梯形微腔结构中有倾斜微腔时，不同波长处的磁场和电场分布，图
(a)
是在
1055.01
纳米反射谷处
(
对应的是模式
I)
，图
(b)1543.5
纳米反射谷
(
对应的是模式
II)。
[0021]图4是半导体梯形微腔结构中倾斜微腔的倾斜角度为4度时，模式
II
反射谷处，在不同外加电压下的反射光谱图
(a)
和以电压为横坐标的反射谷波长为纵坐标的光谱频移图
(b)。
[0022]图5是半导体梯形微腔结构中倾斜微腔的倾斜角度为4度时，模式
I
反射谷波长处，在不同外加电压下的反射光谱图
(a)
和一电压为横坐标反射谷波长为纵坐标的光谱频移图
(b)。
[0023]图6是半导体梯形微腔结构中倾斜微腔的倾斜角度为4度时，模式
II
反射谷波长处，在外加电压为0伏特
(V)
和
0.2
伏特
(V)
下的反射光谱图
(a)
和反射光谱对应强度差值图
(b)。
[0024]图7是半导体梯形微腔结构中倾斜微腔不同倾斜角度时，片上芯片的反射光谱图
(a)
和以倾斜角度为横坐标的反射峰对应品质因子为纵坐标的品质因子变化图
(b)。
[0025]图8是半导体梯形微腔结构中倾斜微腔具有不同宽度时，片上芯片的反射光谱图
。
[0026]图9是半导体梯形微腔结构具有不同高度时，片上芯片的反射光谱图
。
[0027]图
10
是半导体梯形微腔结构在保持下底边为
450
纳米宽度时，改变上底边宽度，片上芯片的反射光谱图
。
[0028]图
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半导体梯形微腔结构的芯片，其特征在于：包括衬底
、
第一透明电极膜层
、
铌酸锂膜层
、
第二透明电极膜层
、
半导体微结构，所述第一透明电极膜层置于所述衬底上，所述铌酸锂膜层置于所述第一透明电极膜层上，所述第二透明电极膜层置于所述铌酸锂膜层上，所述半导体微结构周期性地置于所述第二透明电极膜层上，所述半导体微结构中设有倾斜微腔，所述倾斜微腔贯穿所述半导体微结构的顶面和底面，所述倾斜微腔与所述第二透明电极膜层法线之间的形成夹角；所述半导体微结构的截面为梯形，与所述第二透明电极膜层连接处，所述梯形的底边长，所述梯形的顶边短
。2.
如权利要求1所述的半导体梯形微腔结构的芯片，其特征在于：所述第一透明电极膜层和第二透明电极膜层的材料为氧化铟锡
。3.
如权利要求1所述的半导体梯形微腔结构的芯片，其特征在于：所述半导体微结构的材料为单晶硅
。4.
如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正奇，刘桂强，刘晓山，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：