面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件(16)

承担单位： 中国科学院半导体研究所、南京大学、国防科学技术大学

课题负责人： 郑婉华

学术骨干： 袁晓东、刘辉、朱志宏、渠红伟

课题 2 ： 硅基微纳波导结构高速低功耗光调制器的研究

预期目标：

1)摸索出硅基微纳调制器的优化集成工艺，掌握对微纳结构调制器精确控制 的方法，并希望最终达到与CMOS 兼容的低成本、高成品率的实用化水平；

2)揭示各种调制器结构中的电光相互作用机制以及影响器件性能的各种因

素。建立起一套完整的硅基微纳结构电光调制器的分析与模拟方法；

3)制作出低温度敏感性的高速低功耗电光调制器，指标达到：速度≥25Gb/s， 动态消光比≥5dB，尺寸≤0.5mm×2mm；

4)发表高水平论文论文 50篇，申请中国发明专利 20 项，培养博士后 1-2位，研究生25 名。

主要研究内容：

该课题将通过微纳光电集成系统中的高效物理信息转换机制的深入研究，研 究片上光互连网络中信息转换的各种机理及其影响因素。基于新型硅基微纳电光 结构，研制出高速低功耗的硅基调制器，具体研究内容分为：

1)研究新型的微纳光波导结构中载流子与光场的互作用机制，利用硅纳米线 波导、光子晶体波导、纳米 slot波导等新型波导的强光学限制能力缩减载流子输运距离，以提升调制速度。

2)研究各种新型光学调制结构的耦合方式、Q 值、色散、相移、群折射率等 特征参数与调制器功耗和速度的关联性，探索级联微纳光学谐振腔、光子晶体波 导等慢光结构中的群折射率增强效应，利用慢光特性降低器件尺寸和驱动功耗。

3)研究标准 CMOS 工艺对微纳尺寸下的器件的形貌、杂质分布的影响，通 过现有的商业 TCAD 软件的工艺模拟，达到对器件精确控制的目的。进而通过 对 CMOS 工艺的优化，改善微纳结构器件中的载流子的输运过程，从而提高器 件速度，同时降低器件功耗。

4)研究调制的各种电学结构，分析其调制的机理。深入研究各种调制结构