硅基光子材料和器件的进展

评述硅基光子材料和器件的进展,包括硅二极管的受激发射、具有量子结构的RCE(谐振腔增进型)光电二极管、MOS高频光调制器、SOI光开关阵列和可调谐波长滤波器,重点介绍低插入损耗、快响应的SOI基热光波导开关阵列的最新结果.以SOI为基片,成功地研制出带有全内反射(TIR)镜的重排无阻塞型光开关阵列,并首次研制出16×16阻塞型光开关阵列.在1.55μm波段,插入损耗和偏振相关性随着器件长度的增加而略微增大.如果器件的末端镀上抗反射膜,插入损耗会降低2～3dB,这些器件的上升和下降时间分别为2.1和2.3μs.     

硅基光子材料和器件的进展

评述硅基光子材料和器件的进展,包括硅二极管的受激发射、具有量子结构的RCE(谐振腔增进型)光电二极管、MOS高频光调制器、SOI光开关阵列和可调谐波长滤波器,重点介绍低插入损耗、快响应的SOI基热光波导开关阵列的最新结果.以SOI为基片,成功地研制出带有全内反射(TIR)镜的重排无阻塞型光开关阵列,并首次研制出16×16阻塞型光开关阵列.在1.55μm波段,插入损耗和偏振相关性随着器件长度的增加而略微增大.如果器件的末端镀上抗反射膜,插入损耗会降低2～3dB,这些器件的上升和下降时间分别为2.1和2.3μs.     

硅基发光材料和器件研究的进展

发光器件和集成电路都是信息技术的基础,如果将经们集成在一个芯片上,信息传输速度,存储和处理能力将得到大大提高,它将使信息技术发展到一个全新的阶段,但是,现有的集成电路是采用硅材料,而发光器件用Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体集成电路,虽然经过多年的研制,但至今还不成熟,因此,研究硅基发光材料和器件成为发展光电子集成的关键。本文评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件成为发展光电     

硅基发光材料和器件研究的进展

发光器件和集成电路都是信息技术的基础。如果能将它们集成在一个芯片上,信息传输速度,储存和处理能力将得到大大提高,它将使信息技术发展到一个全新的阶段,但是,现在的集成电路是采用硅材料,而发光器件则用ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体。Ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体集成电路,虽然经过多年的研制,但至今还不成熟。因此,研究硅基发光材料和器件成为发展光电子集成的关键。本文评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件的研究,包括掺铒硅、多孔硅、纳米硅以及 Ｓｉ／ＳｉＯ_２等超晶格结构材料,并展望了这些不同硅基发光材料和发光器件在光电集成中的发展前景。     

硅基光开关及阵列研究进展北大核心

随着网络传输数据的爆炸式增长,传统集成电路芯片面临着难以进一步提升交换速率及继续扩大容量等挑战。相较于传统电子芯片,硅基光子器件具有交换速度快、功耗低、带宽大和与CMOS工艺兼容性好等优点,可满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算光互连的迫切需求,被视为在后摩尔时代突破芯片容量最具前途的解决方案,受到日益广泛关注。文章介绍了硅基光子芯片中光开关单元及阵列的技术原理和发展现状,重点论述了MZI型、MRR型开关单元,以及常见阵列拓扑结构,介绍了近年来大规模光开关阵列的国内外研究进展,讨论了未来硅基光开关及阵列研究中面临的主要问题和解决方法。     

支撑光网络发展的Si基光子集成器件的研究进展

本文报道了可用于光网络系统终端OADM和OXC的Si基长波长量子阱窄带响应光电接收器、MOEMS和F-P TO宽频域光学滤波器、M-Z型 TO光开关和MMI多路分束器以及可变光强衰减器.用应变层SiGe/Si MQW研制的RCE光电接收器响应谱半宽FWHM<6nm,外量子效率η>4.2%;采用表面微机械加工的桥式光学滤波器,当外加电压0→50V,连续可调谐范围达90nm;彩全平面工艺研制的F-P腔TO滤波器,当外加电流0→57mA时,连续可调谐范围达23nm,FWHM<0.5nm.在SOI Si基片上研制的M-Z TO波导光开关,开关时间<30μs,功耗～100mW.开关消光比为-13dB和-10dB,1×4MMI多路分束器输出光声的不均衡性<0.36dB,总插入损耗为6.9dB.用背向对接的MMI构成的M-Z干涉仪实现了光强的可变调最大衰减量26dB,响应时间为100μs,插入损耗为4.8～7dB.     

支撑光网络发展的Si基光子集成器件的研究进展

本文报道了可用于光网络系统终端OADM和OXC的Si基长波长量子阱窄带响应光电接收器、MOEMS和F-P TO宽频域光学滤波器、M-Z型 TO光开关和MMI多路分束器以及可变光强衰减器.用应变层SiGe/Si MQW研制的RCE光电接收器响应谱半宽FWHM<6nm,外量子效率η>4.2%;采用表面微机械加工的桥式光学滤波器,当外加电压0→50V,连续可调谐范围达90nm;彩全平面工艺研制的F-P腔TO滤波器,当外加电流0→57mA时,连续可调谐范围达23nm,FWHM<0.5nm.在SOI Si基片上研制的M-Z TO波导光开关,开关时间<30μs,功耗～100mW.开关消光比为-13dB和-10dB,1×4MMI多路分束器输出光声的不均衡性<0.36dB,总插入损耗为6.9dB.用背向对接的MMI构成的M-Z干涉仪实现了光强的可变调最大衰减量26dB,响应时间为100μs,插入损耗为4.8～7dB.     

硅基光电子学中的SOI材料

SOI材料是近年来应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。本文首先简要介绍了常见的SOI材料的制备方法,包括注氧隔离（SIMOX-SOI）、硅键合背面腐蚀（BE-SOI）和注氢智能剥离（Smart Cut）等,并比较了它们各自的特点和优劣。其次介绍了SOI材料加工制造波导的基本工艺,包括光刻和刻蚀,其中刻蚀又分为干法刻蚀和湿法腐蚀。     

多孔硅基光电器件技术进展

本文综述了多孔硅作了新型的光电半导体材料的最新研究进展，讨论了多孔硅的电致发光和两种不同结构的发光二极管。最后，讨论了制备多孔硅光电器件所遇到的一些问题。     

基于标准CMOS工艺的Si基光发射器件

基于反偏雪崩击穿的发光原理,按照Chartered 0.35μm标准CMOS工艺要求,设计并制作了一种Si基光发射器件。在室温下对器件特性进行了初步测试,正向导通电压为0.75V,反向击穿电压为8.4V,能够在一个较宽的电压范围(8.4～12V)内稳定工作。总结了工艺对器件电学特性的影响,并将该器件结构与Snyman等人研究的器件结构进行了比较分析。该器件较强的边缘发光在平面结构的Si基片上集成光互联系统中将会有一定的应用价值。     

微流体光波导器件研究进展

微流体光波导器件是一种基于微流体调控的新型光学功能器件,在生物医学和环境监测等领域中具有广阔的应用前景。介绍了微流体光波导器件的基本结构,分析了微流体光波导器件的工作原理,阐述了微流体光波导器件的研究现状,并指出了其发展趋势。     

SOI光波导和集成波导光开关矩阵

报道了基于SOI (silicon-on-insulator）材料的光波导和集成波导光开关矩阵的最新研究进展. 给出了截面为梯形的脊波导的单模条件，设计制备了MMI (multimode interference）集成耦合器和基于Mach-Zehnder光波导干涉仪的热光型2×2光开关，开关转换速度达到了5～8μs，驱动功耗仅为140mW，是当前国际上同类型光开关中转换速度最快的. 在此基础上制备成功了4×4波导光开关矩阵，并实现了光信号在不同信道间的转换.     

从OFC2004看全光网中关键光器件的新发展

概述了在OFC2004会议上报道的几种支撑光网络发展的关键器件的最新进展,包括滤波器、光开关、可变光衰减器(VOA)、全光波长转换器(AOWC)及波长选择开关(WSS)等。介绍了这些新型器件的工作原理和结构。     

Preface to the Special Issue on Si-Based Materials and Devices

It has been well known that the development of microelectronic and integrated circuit (IC), mainly based on silicon materials, have changed the way of our life dramatically and accelerated the development and innovation of new technologies. With the increase of integration density in ICs, the gate lengths of transistors are now scaled down to 7 nm, leading to fundamental challenges to keep up with the Moore’s law. One possible solution is to integrate optical circuits into the Si microelectronic platform to achieve high density electronic–photonic integration. This will combine the advantages of photons in energy-efficient and high bandwidth data transmission with those of electrons in high-speed data processing and high performance logics. It will thereby overcome the interconnect bottleneck and achieve high functionality as an extension to Moore’s law. In this opto– electro integration system, monolithic integrated group IV lasers are of great interest. However, the indirect bandgap nature of crystalline silicon limits its application in optoelectronics. In recent years, many researchers have tried to use the nano-sized Si structure or introduce group IV alloys, such as Ge, GeSn or other compounds, to address the light source issue and establish all Si-based electronic–photonic ICs.     

用于片上光网络的光学路由器研究

基于SOI平台的硅基集成光学器件具有高带宽、低功耗、低延迟等优点,为实现片上光互连网络提供了一种可行的技术方案。光学路由器是片上光互连网络中负责节点数据交换的重要器件。介绍了国内外光学路由器的最新研究进展,并着重介绍了利用微环谐振器和马赫-曾德尔光开关构建N端口无阻塞光学路由器的一般性原理,进行了统计分析和仿真结果显示,应用一般性原理构建的光学路由器与之前已报道过的同规模光学路由器相比在开关个数、插入损耗、平均功耗等方面的性能均有所提升。     

Status and Trends in Advanced SOI Devices and Materials

A review of recently explored effects in advanced SOI devices and materials is given. The effects of key device parameters on the electrical and thermal floating body effects are shown for various device architectures.Recent advances in the understanding of the sensitivity of electron and hole transport to the tensile or compressive uniaxial and biaxial strains in thin film SOI are presented. The performance and physical mechanisms are also addressed in multi-gate Si, SiGe and Ge MOSFETs. New hot carrier phenomena are discussed. The effects of gate misalignment or underlap,as well as the use of the back gate for charge storage in double-gate nanodevices and of capacitorless DRAM are also outlined.     

SOI基光子晶体光波导

光子晶体光波导由于其优越的光子局域化性能,因此可以实现任意的弯曲,从而大大减小了集成光路的体积.特别是以SOI材料为基础的光子晶体光波导以其小型化、低损耗的优势而备受人们的关注.介绍了几种类型的SOI基光子晶体光波导,并探索了其潜在的应用前景.