面向高性能計算機超結點的關鍵微納光電子器件及其集成技術研究 - 圖文 - 下載本文

關鍵微納光電子器件開展深入研究,力爭取得國際先進水平的重大創新成果、圓滿完成預期目標。

四、年度計劃

研究內容 預期目標 1)針對第一關鍵科學問題開展納米1)建立等離激元光波導理論模型和 光電子結構體系中的光電耦合、傳輸模擬方法,揭示金屬等離激元增強光與共振機理研究,集中于光子晶體、電探測器光電轉換效率的物理機理。 金屬納米結構及量子受限結構在內2)揭示硅(SOI)基SiGe氧化機理, 的復合體系中電子、光子相互作用機優化硅基鍺材料制備工藝流程,初步制。運用電磁學、量子力學基本原理,制備出高質量硅基(SOI)鍺微納波結合玻爾茲曼分布規律、粒子數守導結構材料。 恒、能量守恒建立微納體系下的仿真3)完成適于混合硅激光器的三維仿 模型。研究如何基于并行計算技術,真平臺建設,并完成單縱模混合硅激解決四維時空體系中存在的大規模光器的設計;初步建立硅基調制器設運算問題。 第 一 年 計平臺,并分析光學結構、電學摻雜2)針對第二關鍵科學問題納米光電對調制器性能的影響,優化器件結構子集成系統中的高速寬帶光電轉換參數。 機制,開展高速硅基調制理論研究,4)實現硅/InP低溫異質鍵合,鍵合 重點突破微納尺度下的光電輸運和溫度低于350°C,尺寸不小于互作用機理,研究級聯光學微腔對調10mm?10mm。 制速度和功耗的改善作用,結合多種5)實現100nm量級尺度的硅光子波數值模擬方法初步建立對調制器光、導,完成光子波導結構的實驗室制電學結構的綜合設計平臺。 備。 3)在機理研究基礎上對微納激光器6)得到符合光交換網絡光學特性和和調制器、光開關陣列及探測器等波要求的優化的胖樹類拓撲結構,得到導型結構器件進行理論設計。 4)針對第三關鍵科學問題開展異質鍵合工藝。研究硅基鍺材料外延生長動力學過程,在硅基上外延出高質量的鍺和SiGe材料。研究SOI基SiGe材料氧化機理,通過氧化工藝的探索,制備出絕緣體上鍺微納結構材7)發表文章30篇,申請專利12項,培養學生13名。 該拓撲結構對光交換網絡微納光電子器件的集成密度、功能、性能、尺寸、功耗等要求。

料。 研究內容 預期目標 5)超高帶寬低功耗的光電并行雙層體系結構的研究,研究無阻塞和重排無阻塞的拓撲結構,進行光交換網絡胖樹類拓撲結構研究。 繼續針對三個關鍵科學問題開展深1)揭示基于特殊表面處理的低溫鍵入研究。 合技術中的物理化學機制,進行鍵合1)基于自建仿真平臺設計結合光子界面及附近光學與電學特性的科學晶體和納米金屬結構的新型亞波長表征。 尺度激光器,分析光子晶體效應與等2)實現在低溫下SOI/InP基外延片離激元對振蕩條件、動態特性、模式的圖形低溫晶片鍵合,在低的溫度下轉換機理和近遠場特性的影響。 熱處理,保持高的界面能,高的機械2)研究異質材料物理特性對鍵合界強度,使鍵合后材料的電學和光學性面兼容性的影響。在上一年基礎上開能不受影響。實現鍵合溫度低于展SOI/InP基外延片的圖形低溫晶350°C,尺寸不小于10mm?10mm。第 二 年 片鍵合技術研究,研究鍵合晶片對的完成混合硅基激光器的工藝流程和熱處理過程。 工藝制備。 3)研究復合材料體系下的納米尺度3)完成高速硅基調制器原型制備, 結構的加工技術,包括超薄層金屬材實驗實現12.5Gbps高速調制功能。 料生長、百納米以下尺度的圖形形成4)完成波導探測器制備,實現探測技術、深刻蝕技術等。 器大于10Gbps的速率。 4)在基本的調制器光學結構設計基5)實現硅(SOI)基選區鍺微納結構礎上,在工藝上集成制作調制器光學材料的制備,材料的位錯密度達到結構及高速控制電學結構,初步完成1e5cm-2以下,揭示等離激元局域場高速硅基調制器的原型設計與制備。作用下半導體微納波導結構對高密建設電光測試平臺,并對制作的調制度光子非線性吸收飽和機理。 器器件進行基本電光控制傳輸測試,6)實現10ps量級的載流子響應機理取得特征參數。 分析和建模。 5)開展相關于III-V族波導探測器7)完成光交換網絡胖樹類拓撲結構的各單項工藝研究,優化摻雜分布,

研究內容 預期目標 優化拓撲結構和制造技術的兼改善電極結構,設計器件版圖,確定研究。完整工藝流程 容性,使光開關數和波導交叉最少、6)優化硅基鍺材料制備工藝,結合 交換延遲最小。 圖形刻蝕和SiGe氧化工藝,制備選8)發表高水平學術論文45篇,申請區硅基(SOI)鍺微納結構材料,降申請專利18項,培養研究生22名。 低鍺材料位錯密度,達到可用于探測器的目標。研究金屬與鍺接觸界面微結構改性,界面態鈍化和勢壘高度調制機理和技術,從而降低接觸電阻和串聯電阻,減小界漏電流。研究等離激元局域場作用下半導體鍺微納波導結構對高密度光子非線性吸收飽和機理。 7)進行光交換網絡的交換策略研究,繼續研究無阻塞和重排無阻塞的拓撲結構。 1)深入研究光子晶體效應與等離激1)實現邊發射硅基混合集成激光器。元對微納結構激光器的性能影響,重倏逝場耦合硅波導輸出,輸出波長在點是單縱模的實現問題;深入研究倏1.3μm或1.5μm波段。 逝場耦合對激光器模式、閾值及效率2)實現20Gbps的高速調制。 第 三 年 的影響。研究單縱模,高輸出效率混3)研制成功III-V族波導結構探測合硅基微納激光器的工藝實現。開展器,響應波長1.3-1.6um,在1.55um激光器與后端波導器件耦合研究。 處響應度達到0.3A/W以上,響應速2)對調制芯片的工作速度、帶寬和率大于15 Gbit/s。 功耗等技術指標進行全面測試和細4)設計出鍺微納波導結構探測器,致分析,對已經達到課題要求的指揭示微納結構獲得局域高電場的機標,分析進一步提高的潛力和可行理,在低于5V偏壓下觀測到雪崩倍性,對尚未到達預期值的指標,分析增效應。 原因,并提出初步解決思路。建立調5)采用CMOS集成技術實現硅基

研究內容 預期目標 制器等效電路模型并提取關鍵參數,4X4高速電光開關陣列,光交換陣列提出器件結構和工藝的改進措施。 的交換延遲時間2~5ns,消光3)研究雙內電極結構及共面波導傳比>15dB。 輸線,深入研究并了解制約波導探測6)完成體系結構中光交換層超結點器帶寬和響應度的各種因素 內CPU光互連端口技術方案的研形成技術方案報告,技術方案報4)探索在微納波導鍺探測器結構內究,實現低壓雪崩倍增效應的機理和工告主要包括每個CPU具有單向藝條件。研究設計高速硅基鍺微納波800Gbps的光互連端口等; 導結構探測器,設計波導型探測器結7)發表論文50篇,申請專利20項,構實現載流子輸運和光傳播吸收的培養研究生25名,博士后2位。 解耦合,降低器件的渡越時間和RC延遲時間,減小器件內部載流子擴散引起的時間延遲。 5)研究多種硅基微納光子功能器件的集成方法;研究與CMOS兼容的納米精度多層套刻曝光等硅基工藝。繼續對微納工藝條件進行摸索、優化,尤其是異質兼容性的研究。 6)研究光交換網絡與電控制網絡的協調同步優化機制,研究無阻塞和重排無阻塞的拓撲結構,進行光交換網絡torus類拓撲結構研究。





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