[发明专利]等离体子增强型电磁辐射发射器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及电磁辐射发射器件，并且具体地涉及能够实施在光子器件中的等离体子(plasmon)增强型电磁辐射发射器件。 

背景技术

近年来，集成电路上微电子器件的不断增加的密度已经在能够用来互连这些器件的金属信号线的密度方面造成了技术瓶颈。另外，金属信号线的使用造成功耗的显著增加以及在同步位于大多数电路顶部上的最长链路方面的困难。不是经由信号线作为电信号来传输信息，相同信息能够被编码在电磁辐射(“ER”)中并且经由波导(诸如光纤、脊波导或光子晶体波导)进行传输。经由波导传输被编码在ER中的信息与经由信号线传输电信号相比具有许多优点。首先，经由波导传输的ER的降低或损耗比经由信号线传输的电信号的降低或损耗低很多。其次，波导能够被制造成支持比信号线高很多的带宽。例如，单个Cu或Al导线仅能够传输单个电信号，而单个光纤能够被配置成传输大约100或更多个不同编码的ER。 

近来，材料科学和半导体制造技术的进步已经使得发展能够与诸如CMOS电路之类的电子器件集成以形成光子集成电路(“PIC”)的光子器件成为可能。术语“光子”指的是能够以具有横跨电磁频谱的频率的经典表征的电磁辐射或量子化的电磁辐射进行工作的器件。PIC是电子集成电路的光子等同物并且可以被实施在半导体材料的晶片上。为了有效地实施PIC，需要无源和有源光子部件。波导和衰减器是无源光子部件的示例，其一般能够使用常规外延和光刻方法来制造并且可以用来引导ER在微电子器件之间的传播。物理学家和工程师已经意识到需要能够被实施在PIC和其他光子器件中的有源光子部件，诸如ER发射器件和调制器。 

发明内容

本发明的各个实施例涉及表面等离体子增强型电磁辐射发射器件 并且涉及制作这些器件的方法。在本发明的一个实施例中，一种电磁辐射发射器件包括多层核、金属器件层以及衬底。多层核具有内层和外层，其中该外层被配置为围绕该内层的至少一部分。金属器件层被配置成围绕该外层的至少一部分。衬底具有与内层电通信的底部传导层以及与金属器件层电通信的顶部传导层以使得当在底部传导层和顶部传导层之间施加适当的电压时所暴露的部分发射表面等离体子增强的电磁辐射。 

附图说明

图1A示出了依据本发明的实施例的电磁辐射发射器件的等距视图。 

图1B示出了依据本发明的实施例的图1A所示电磁辐射发射器件的俯视图。 

图2示出了依据本发明的实施例的电磁辐射发射器件沿图1所示的线2-2的截面图。 

图3示出了依据本发明的实施例的多层核和金属器件层的截面图。 

图4A-4I示出了对应于用于制造依据本发明的实施例的图1-2所示电磁辐射发射器件的方法的步骤的等距视图和截面图。 

具体实施方式

本发明的各个实施例涉及表面等离体子增强型电磁辐射发射(“SPEERE”)器件以及涉及制造SPE ERE器件的方法。SPE ERE器件包括ER源，该ER源能够以比典型的ER发射源(诸如发光二极管)更高的速度和效率生成调制的ER。SPE ERE器件能够被用作各种不同PIC中的调制ER源。在下面描述的各个器件和制造实施例中，包括相同材料的许多结构上类似的部件已经被提供有相同的附图标记，并且为了简洁起见，不再重复对其结构和功能的解释。 

图1A示出了分别依据本发明的实施例的SPE ERE器件100的等距视图。SPE ERE器件100包括多层ER源102，该多层ER源102由分层衬底104支撑并且与分层衬底104电通信。ER源102包括多层核106和金属器件层108，所述金属器件层108被配置为围绕多层核106的至少一部分。多层核106包括内层110和围绕内层110的至少一部分的外层112。多层核106还可以包括位于内层110和外层112之间的中间层114以及围绕金属器件层108的至少一部分的任选外层116。分层衬底104 可以包括底部传导层118、中部介电层120以及顶部传导层122。中部介电层120用作顶部传导层122和底部传导层118之间的绝缘层。顶部传导层122能够是金属器件层108的延伸部分，或者顶部传导层122能够由与金属器件层108电通信的半导体或导体组成。底部传导层118能够是绝缘体上硅衬底的Si层，其中所述Si层与内层110电通信，如下面参照图2所描述的。