一种基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件制造技术

一种基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件，属于光学逻辑计算领域。从下至上由Si衬底、SiO<subgt;2</subgt;下包层、Si芯层、SiO<subgt;2</subgt;上包层和金属电极组成；Si芯层由4个带硅基电光调制器的微环和4条直波导按照CrossBar架构构成的2×2开关阵列，4条直波导两横两纵垂直交叉设置形成四个交叉点，4个微环分别放置在四个交叉点的左上方，与2条垂直的直波导分别都留有一段相同的耦合距离，在耦合处形成8个耦合区域。通过金属电极将电信号施加在各个微环上对其进行调制，从而实现光逻辑开关功能。本发明专利技术利用光子器件实现逻辑运算，有着较低的功耗，制备的光逻辑器件可以在不同的输出端口实现多种逻辑运算，结构简单，易于设计和拓展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学逻辑计算领域，具体涉及一种适用于光计算领域的基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件。

技术介绍

1、由于大数据、人工智能(ai)和云计算的快速发展，全球通信流量呈现指数式增长。面对通信数据的爆炸式增加，传统的电交换结节在实现数据中心互联时会面临功耗、时延和带宽等诸多技术瓶颈，并且ai算力需求的增长速度已经远超摩尔定律的增长速度，集成电路的信息处理能力已经接近物理极限。因此，人们迫切需要一种新的信息处理方案来解决这些问题。近年来越来越多的研究表明，将光子作为信息载体的集成光路，有望替代集成电路来实现更大规模的互联和计算。与电子相比，通过光子来进行信息传输和处理，可以获得更快的传输速率、更低的延迟和更大的带宽。

2、光逻辑器件作为集成光路中的重要元件，近年来受到了越来越多的关注。实现光逻辑运算主要有两种方案：一种是通过光的非线性效应，利用半导体放大器或者光子晶体来进行逻辑运算，输入信号和输出信号都是光子；另一种是通过热光效应或者电光效应，来调制微环谐振器或马赫曾德尔干涉仪完成逻辑运算，输入信号为电子，输出信号为光子。前者虽然有着极快的本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件，其特征在于：从下至上由Si衬底(1)、SiO2下包层(2)、Si芯层(3)、SiO2上包层(4)和金属电极(5)组成；Si芯层(3)位于SiO2下包层(2)之上，被SiO2上包层(4)覆盖；Si芯层(3)为“底部平板层+顶部脊层”的脊型结构，平板层宽度与Si衬底(1)宽度相同；Si芯层(3)是由4个带硅基电光调制器的微环(R1、R2、R3和R4)和4条直波导按照CrossBar架构构成的2×2开关阵列，4条直波导两横两纵垂直交叉设置，形成四个交叉点，微环R1、R2、R3、R4分别放置在四个交叉点的左上方，与2条垂直的直波导分别都留有一段相同的耦...

【技术特征摘要】

1.一种基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件，其特征在于：从下至上由si衬底(1)、sio2下包层(2)、si芯层(3)、sio2上包层(4)和金属电极(5)组成；si芯层(3)位于sio2下包层(2)之上，被sio2上包层(4)覆盖；si芯层(3)为“底部平板层+顶部脊层”的脊型结构，平板层宽度与si衬底(1)宽度相同；si芯层(3)是由4个带硅基电光调制器的微环(r1、r2、r3和r4)和4条直波导按照crossbar架构构成的2×2开关阵列，4条直波导两横两纵垂直交叉设置，形成四个交叉点，微环r1、r2、r3、r4分别放置在四个交叉点的左上方，与2条垂直的直波导分别都留有一段相同的耦合距离，形成8个耦合区域；金属电极(5)的数量为8个，分别对应4个微环(r1、r2、r3和r4)；在1个微环(r1、r2、r3或r4)半圆两侧的si平板层中通过掺杂形成p++区和n++区，p++区和n++区通过介质通孔与位于二氧化硅上包层(4)上方的个2个金属电极(5)分别相连接；通过在相应的金属电极上施加电压，会在相应的微环中产生一个由正极到负极的电场，该电场会改变微环中的载流子浓度，使微环的有效折射率n发生变化，继而改变微环的谐振波长，从而实现光逻辑开关功能。

2.如权利要求1所述的一种基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件，其特征在于：si衬底(1)的厚度为200nm，sio2下包层(2)的厚度为2μm，sio2上包层(4)的厚度为1μm；si芯层(3)平板层宽度与si衬底(1)宽度相同，平板层厚度为70nm；脊层宽度为500nm，脊层厚度为150nm，金属电极(5)为70μm×70μm的正方形结构，材料为alcu合金；微环(r1、r2、r3和r4)的半径为30μm，有效折射率n为2.53；微环(r1、r2、r3和r4)施加电压后有效折射率的变化δn为0.002。

3.如权利要求1或2所述的一种基于2×2微环开关阵列的光逻辑器件，其特征在于：8个耦合区域分别记为微环r1第一耦合区z1、微环r1第二耦合区z2、微环r2第一耦合区z3、微环r2第二耦合区z4、微环r3第一耦合区z5、微环r3第二耦合区z6、微环r4第一耦合区z7和微环r4第二耦合区z8；微环r1第一耦合区z1前面的直波导为微环r1第一输入si波导(101)，微环r1第一耦合区z1后面的直波导为微环r1第一输出si波导(102)，微环r1第二耦合区z2前面的直波导为微环r1第二输入si波导(103)、微环r1第二耦合区z2后面的直波导为微环r1第二输出si波导(104)；微环r2第一耦合区z3前面的直波导为微环r2第一输入si波导(201)，微环r2第一耦合区z3后面的直波导为微环r2第一输出si波导(202)，微环r2第二耦合区z4前面的直波导为微环r2第二输入si波导(203)、微环r2第二耦合区z4后面的直波导为微环r2第二输出si波导(204)；微环r3第一耦合区z5前面的直波导为微环r3第一输入si波导(301)，微环r3第一耦合区z5后面的直波导为微环r3第一输出si波导(302)，微环r3第二耦合区z6前面的直波导为微环r3第二输入si波导(303)、微环r3第二耦合区z6后面的直波导为微环r3第二输出si波导(304)；微环r4第一耦合区z7前面的直波导为微环r4第一输入si波导(401)，微环r4第一耦合区z7后面的直波导为微环r4第一输出si波导(402)，微环r4第二耦合区z8前面的直波导为微环r4第二输入si波导(403)、微环r4第二耦合区z8后面的直波导为微环r4第二输出si波导(404)；微环r1第一输出si波导(102)和微环r1第二输入si波导(103)相垂直，微环r2第一输出si波导(202)和微环r2第二输入si波导(203)相垂直，微环r3第一输出si波导(302)和微环r3第二输入si波导(303)相垂直，微环r4第一输出si波导(402)和微环r4第二输入si波导(403)相垂直；4条直波导的两端构成开关阵列的输入端口1、输入端口2、输入端口3和输入端口4和输出端口1、输出端口2、输出端口3和输出端口4；输入端口1与微环r1的第一输入波导(101)相连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖诗雨，尹悦鑫，丁颖智，许馨如，曾国宴，徐智渊，张大明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：