[发明专利]一种基于相变纳米线的集成型全光存储器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于相变纳米线的集成型全光存储器件及其制备方法，特点是包括波导、与波导两端相连的布拉格光栅垂直耦合器以及、波导上且与波导平行的相变纳米线，其制备方法步骤包括在硅基底上利用曝光刻蚀工艺制备出波导及其两端的布拉格光栅耦合器，将纳米线转移至波导上，并且与波导平行，采用擦/写光脉冲从波导一端的布拉格光栅耦合器耦合至波导，通过波导上的倏逝场使相变纳米线发生相变，探测光通过波导另一端布拉格光栅耦合器耦合至波导，实时监测器件透过率的变化来读取存储的数据，优点是本器件可以用于高速、高密度、低功耗的全光网络集成存储芯片。

技术领域

本发明涉及用于光存储的纳米器件领域，尤其是涉及一种基于相变纳米线的集成型全光存储器件及其制备方法。

背景技术

电子芯片在通信电子线路中消耗的能量日益递增，使得在通信领域基于CMOS处理器的发展面临瓶颈。光通信因具有较低的能耗、更快的传输速率而备受关注。光位存储器的提出对光通信至关重要，因为电子存储器和处理器之间的通信难以实现片内集成。然而，光存储器被认为是芯片内光电器件中最难实现的光部件之一，因为我们需要同时实现高位速率操作、大规模集成及低功耗性能。目前，国际上已有研究组报道了集成光位存储芯片。绝大多数的这些存储器是基于光学双稳态，即利用功能材料的光学非线性。例如基于光子晶体纳米微腔的光随机存储器能实现40Gbits s^-1的光信号，功耗降低至40nW，写脉冲不超过10fJ。尽管如此，这些光双稳态存储器需要偏置电源才能保持状态，就像DRAM那样，是易失性的。基于光双稳态的存储器难以实现非易失性，而许多便携式光电产品需要非易失性来存储数据。

近年来，相变材料广泛应用于大容量可擦写的光存储介质，例如可擦写DVD和蓝光盘。这得益于相变材料两个稳定的状态，即非晶态和晶态。这两个状态在光、电性质上表现出巨大的差异。在外部光或电的激励下，晶态和非晶态能在纳秒级的时间内完成切换。因其超快的速度及优良的微缩性，基于相变材料的相变存储器被国际上公认为下一代非易失性存储器。尤其是，基于相变纳米线的存储器具有更低的功耗、更快的速度。目前，国内外还没有利用相变纳米线用于光存储的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现全光存储，降低功耗，便于集成且数据是非易失性的基于相变纳米线的集成型全光存储器件及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

1、一种基于相变纳米线的集成型全光存储器件，包括波导，所述的波导两端分别连接有光栅垂直耦合器，所述的波导上设置有相变纳米线，所述的相变纳米线与所述的波导平行。

所述的波导为硅基平面光波导，其宽为0.2-20μm，厚度为10-1000nm；所述的光栅垂直耦合器的光栅是布拉格光栅，其耦合效率为1-50%；所述的相变纳米线为Sb基或Te基相变材料，其直径为20-600nm，长度为1-10μm。

所述的硅基包括Si、Si₃N₄和SiC硅基，所述的相变纳米线包括Ge-Te、Sb-Te、Ge-Sb、Sb-Se、Ga-Sb和In-Sb。

所述的相变纳米线具有至少两个稳定的状态，即晶态和非晶态，且这两个状态对探测光具有明显不同的吸收系数，所述的相变纳米线在波导倏逝场耦合作用下发生晶态至非晶态的可逆相变。

2、上述基于相变纳米线的集成型全光存储器件的制备方法，包括以下步骤在硅基底上利用曝光刻蚀工艺制备出波导及其两端的光栅耦合器，将纳米线转移至波导上，并且与波导平行，具体如下：

（1）在硅基底上旋涂光刻胶正胶，然后采用电子束曝光-显影工艺在硅基底上形成对准标记图形；

（2）在硅基底上镀上Cr和Au薄膜，去胶后，得到Cr/Au对准标记；