《具有狀態記憶功能的矽基光子線光開關的研製》是依託吉林大學，由宋俊峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：具有狀態記憶功能的矽基光子線光開關的研製
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋俊峰
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
人類社會用於信息通訊、信息存儲和信息處理所消耗的能源比重越來越大，如何降低器件的能耗是國際上最熱門的研究課題。光開關作為信息領域套用最廣泛的器件，人們一直在努力降低它的能量消耗。針對目前集成光學光開關需要消耗能量來維持開關狀態這一點，本項目提出了一種具有狀態記憶功能的矽基光子線光開關。這種光開關把浮柵型存儲器與光波導調製器有機地相融合，把存儲器對電荷的記憶功能轉換成光波導對摺射率的記憶功能，用能量脈衝形式完成開關狀態的轉變，不再需要消耗能量維持開關狀態，從而實現節約能源的目的。本項目將研究融合電學模型與光學模型，建立統一的光電子器件模型，將研究光信號與電信號的相互作用與轉化；將研究CMOS工藝在光電子集成器件方面的套用與開發。最終製作出MZI 型和微環型具有非易失性狀態記憶功能的光開關，脈衝開關能量＜10nJ。本項目的研究為集成光電子學器件提供了一種降低能量消耗的新思路，新方法。
結題摘要
在人類進入信息社會以來，計算機、網際網路已經成為人類社會信息交流的主要工具。隨著人類對信息需求量的不斷提高，用於處理信息的硬體設備的能耗也越來越高。針對這一問題，人們提出用光互聯代替電互聯處理信息的技術。矽基光子學正是在這個背景下被提出的，就是利用目前成熟的CMOS加工技術，在矽晶片上集成高速度、高密度、低能耗的光電子器件，以實現對光子信號的調製、探測、處理以及感測等。經過各國科學家和工程師們的努力，眾多的矽基光電子器件被研究報導，但是沒有“記憶功能”的光電子器件。這項功能的缺失，使得矽基光電子器件必須有能量才能維持工作狀態。針對這個問題，在本項目里，我們提出一種具有狀態記憶功能的矽基光子線光開關。這種光開關把浮柵型存儲器與光波導調製器有機地相融合，把存儲器對電荷的記憶功能轉換成光波導對摺射率的記憶功能，用能量脈衝形式完成開關狀態的轉變，不再需要消耗能量維持開關狀態，從而實現節約能源的目的。 在完成本項目的過程當中，我們設計了一個半導體/絕緣介質/半導體，電容器型的波導結構，建立了理論模型，分析了開關能耗問題，並與實驗進行了對比研究。實驗上，與新加坡微電子研究所合作，利用CMOS工藝線，製作出世界上第一個微環光存儲器，並在實驗中得到了多值的存儲態。進一步提出光讀出存儲器陣列方法，設計了微環光存儲器的級聯結構，實驗上演示了4個微環光讀出存儲器陣列的過程。同時我們還研究了微環相關的器件研究，如數字型微環光開關；微環增強光電探測器；電讀出微環感測器系統等。 在本項目里主要取得的以下重要結果：1.製作出世界上第一個微環光存儲器，其擦寫能耗小於20pJ。該技術的研究，不僅為綠色光通訊提供了一個新型器件，同時在矽基光子學領域中，開闢了一個全新的研究方向-非易失光電子器件。2.實驗上演示了4個微環光讀出存儲器陣列的過程，一根波導同時讀取的數據量較電子導線將可以提高400倍。為解決計算機中馮諾依曼瓶頸提供了一個新思路。3.首次報導了微環為基礎的準數字型光開關，該數字型光開關具有平頂的光譜回響，開關能量37mW,開關時間7微秒，消光比大於30dB。4.世界上首次實現了單片集成電讀出微環生物光電感測器，探測靈敏度166nm/RIU, 探測極限7.3e-6RIU。5.我們還研究了微環增強型Ge光電探測器，實驗上觀察到了2倍的增強效應。為長波長光子的探測研究做出了有益的探索。
