[实用新型]非挥发性的光学记忆单元结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学电子领域的一种光学单元结构，特别涉及一种非挥发性的光学记忆单元结构。

背景技术

随着信息的传输和处理速度越来越快、数据存储密度越来越大，普通的电子传输由于其固有特性带来的局限而使其在速度、容量、空间相容性上的发展受到了限制。而光子具有超快、相干性强、可载信息量大等独特的性质，在许多方面弥补了电子传输的不足，基于光波的光信息传输、光通信技术发展已经证明了光的优越性。低能耗的需求随着对更大数据吞吐量需求的增长而加剧。在光学信息传输过程中要持续加电压才可以维持光学传输状态，增加了光信息传输系统中的能量损耗问题。

在电学方面，非挥发性的存储单元已经得到广泛的应用，非挥发性存储单元器，在隔断电压后，内部在通电时维持的光学性质仍旧继续保存。

近年来，由于石墨烯具有良好的电学、光学特性得到业界越来越多的关注。由于石墨烯的电光特性，即在不同的外加电压下具有不同的光学电导率，对于光波导中传输的模式有不同的作用；而且，在外部施加较小的电压，就可以引起石墨烯材料较大的光学电导率变化。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种非挥发性的光学记忆单元结构，即光学信号保持单元，借助浮栅结构的非挥发性存储特性和石墨烯材料的超强电光效应，可以实现对光波的非易失性调控。并在断电的情况下，还可以维持原来的光学性质，若将其应用于光学信息交换系统中，必将大大减小光信息传输过程中的能耗，符合绿色节能。

本实用新型采用的技术方案包括：遂穿层、电荷存储层、阻挡层和控制栅层依次生长于光波导上，还包括用于增大传输模式的有效折射率调制范围的石墨烯层。

所述的石墨烯层放置于遂穿层和光波导之间，作为导电沟道。

所述的石墨烯层放置于遂穿层和电荷存储层构成的电容之间或者电荷存储层和控制栅层构成的电容之间。

所述的石墨烯层代替控制栅层。

所述的石墨烯层代替电荷存储层。

所述的光学记忆单元应用于光开关、微环、Y分支器、Mach-Zehder干涉器或耦合器。

本实用新型具有的有益的效果和特点是：

本实用新型由于浮栅结构的非挥发存储特性和石墨烯材料的超强电光效应，从而可以实现对光波的非挥发调控。相较于一般的光学单元，本实用新型可对光波可实现非挥发性的调控。

可将本实用新型应用于集成光学中，由于该光学记忆单元具有非易失性的特点，所以可以不需要长期对其供电使其维持工作状态，这必定会大大减小功耗。而且，可以采用最普通的SOI硅波导，具有良好的CMOS工艺兼容性，可以实现大规模集成。

附图说明

图1是传统的基于MOSFET的非挥发性存储器结构的截面示意图。

图2是本实用新型应用的1×2非易失性干涉型光开关的实例图。

图3是实施例石墨烯层放置于光波导和电荷存储层之间的结构示意图。

图4是实施例石墨烯层放置于电荷存储层和控制栅层之间的结构示意图。

图5是实施例采用石墨烯层作为电荷存储层的结构示意图。

图6是实施例采用石墨烯层作为控制栅层的结构示意图。

图7是实施例采用石墨烯层作为类似MOSFET沟道的结构示意图。

图中：1、控制栅层，2、阻挡层，3、电荷存储层，4、遂穿层，5、光波导，6、背栅电极，7、源极，8、漏极，9、石墨烯层，10、导电沟道，11、衬底。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图3所示，本实用新型包括：遂穿层4、电荷存储层3、阻挡层2和控制栅层1依次生长于光波导5上，还包括用于增大光波的传播常数调制范围的石墨烯层9，用以增大光学调制效应。其中，石墨烯材料的相对介电常数与其光学电导率有关，而石墨烯层的光学电导率随外加电压的改变而变化，所以，在不同的外加电压下，其相对介电常数不同。

优选的石墨烯层9放置于遂穿层4和光波导5之间，作为导电沟道。在石墨烯层9的一侧加正电压，另一侧接地，在控制栅层1加一正向预偏置电压，沟道开启。然后在控制栅层1上再加一个瞬时脉冲，导电沟道内的电子由于该瞬时脉冲的作用，通过遂穿层4遂穿并存储于电荷存储层3，沟道内的电荷浓度发生变化，即石墨烯层9的光学电导率发生变化，改变了其相对介电常数，从而改变了光波导的有效折射率。