[发明专利]基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器及其控制方法，基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器包括二氧化硅底层、第一硅波导层、第二硅波导层、第三硅波导层、第一电调控组件、第二电调控组件、第一电极层和第二电极层，第一二氧化硅层、第一ITO激活薄膜层、第一二氧化硅层和第一电极层依次位于第一硅波导层上，第二二氧化硅层、第二ITO激活薄膜层、第二二氧化硅层和第一电极层依次位于第二硅波导层上，第二二氧化硅层、第二ITO激活薄膜层、第二二氧化硅层和第二电极层依次位于第二硅波导层上。通过利用ITO激活材料薄膜的电调控特性实现了光路通断，从而实现了两位二进制数的加法功能，器件尺寸紧凑，可制造性强。

技术领域

本发明涉及光电混合半加器技术领域，尤其涉及一种基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器及其控制方法。

背景技术

随着海量数据的爆发性增长，如何满足高性能计算和海量数据处理需求是当前处理器面临的关键问题之一，传统的硅基电子技术由于高电磁干扰、高延迟和高能耗以及摩尔定律的技术瓶颈，严重制约着高性能计算的进一步提高。由于光信息处理具有高速、低电磁干扰、大容量及并行等优异性能，同时，硅基光子器件具有与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺相互兼容等特点。光逻辑器件作为运算单元的关键器件，其性能的好坏，直接影响着光信息处理能力，因此，光信息处理近年来吸引了大量国内外学者对其展开研究。但是现有的电光混合半加器的器件尺寸大，可制造性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器及其控制方法，利用ITO激活材料薄膜的电调控特性实现了光路通断，从而实现了两位二进制数的加法功能，器件能够在0和2.35V两者之间完成光信号逻辑控制，在1550nm波长时，插入损耗为1.33dB，消光比为25.8dB，数据传输速率为0.45Tbit/S，每bit消耗能量为5.7fJ，整个半加器尺寸小于5.8μm×1.4μm×1.0μm，器件尺寸小，保持性能优化的同时，可制造性能强。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器，包括二氧化硅底层、第一硅波导层、第二硅波导层、第三硅波导层、第一电调控组件、第二电调控组件、第一电极层和第二电极层，所述第一硅波导层、所述第二硅波导层和所述第三硅波导层均位于所述二氧化硅底层上，所述第一电调控组件包括第一二氧化硅层和第一ITO激活薄膜层，所述第一二氧化硅层的数量为两个，两个所述第一二氧化硅层位于所述第一硅波导层上，且相对设置，所述一ITO激活薄膜层位于两个所述第一二氧化硅层之间，所述第二电调控组件包括第二二氧化硅层和第二ITO激活薄膜层，所述第二二氧化硅层的数量为两个，两个所述第二二氧化硅层位于所述第二硅波导层上，且相对设置，所述二ITO激活薄膜层位于两个所述第二二氧化硅层之间，所述第二电调控组件的数量为两个，两个所述第二电调控组件间隔设置，所述第一电极层的数量为两个，一个所述第一电极层位于两个所述第一二氧化硅层远离所述第一硅波导层的一侧，另一个所述第一电极层位于两个所述第二二氧化硅层远离所述第二硅波导层的一侧，所述第二电极层位于两个所述第二二氧化硅层远离所述第二硅波导层的一侧。

其中，所述第一硅波导层、所述第二硅波导层、所述第三硅波导层、所述第一电极层和所述第二电极层均为正电极。

其中，所述第一ITO激活薄膜层和所述第二ITO激活薄膜层为负电极。

第二方面，本发明提供一种基于表面等离子硅基波导的电光混合半加器的控制方法，包括：

检测到对第一硅波导层上的第一电极层施加的电信号，第一硅波导层的光信号接通进行传输；

检测到对第二硅波导层上的第一电极层和第二电极层施加的电信号，第一硅波导层的光信号接通进行传输或交叉传输至第三硅波导层；

检测到对两个第一电极层和第二电极层施加的逻辑控制电信号，将输出光信号定义为逻辑1，无光输出定义为逻辑0。