SOI光波導器件的設計與傳輸特性分析.pdf

1、當前電互連已經(jīng)不能滿足集成電路向小尺寸方向發(fā)展過程中的各項需求，成為限制集成電路工業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。光互連具備高速、低功耗、高可靠性等優(yōu)勢，用它來替代電互連已經(jīng)成為一種現(xiàn)實可行的方案。本文主要對光互連中SOI光波導器件進行了設計與分析，主要研究內(nèi)容包括如下幾個方面：
　　第一，以有效折射率法為基礎，對脊形結構SOI光波導的模式特性進行了研究。為確定其單模工作條件，分別利用幾何光學理論和二維BPM法對不同厚度平板波導的有效折射率進行

2、了計算，結果表明由兩種方法所得的計算結果只有微小的差別，約為10-6量級。在此基礎上，確定了脊形波導的各結構參數(shù)，當長度為10000μm時，其附加損耗僅為0.02dB。
　　第二，利用三維BPM法，對基于SOI的各種類型Y分支波導進行了設計與優(yōu)化，仿真結果表明直臂型Y分支波導僅適用于小角度情況，其附加損耗隨著分支角的增大而迅速增大；而對于S型Y分支波導，可以通過在波導連接處引入偏差、增大波導彎曲半徑來減小附加損耗，并得出在縱向傳輸

3、距離和分支間距均相同時，三種S型Y分支波導的附加損耗Cos-S　　第三，對基于SOI的MMI型光耦合器進行了設計與優(yōu)化，首先利用三維BPM法對傳統(tǒng)導模傳輸法的計算結果進行了修正；在此基礎上，設計了三種類型的MMI光耦合器，其中重點設計并優(yōu)化了集成度較高的對稱型MMI光耦合器，通過修正輸出波導位置并加入錐形波導優(yōu)化，器件的附加損耗和

4、不均衡度大幅度下降，分別達到0.33dB和0.00209dB，為優(yōu)化前的28％和5%，且其性能在C波段和L波段均大幅改善；此外，在相同性能標準下，多模波導寬度的容差度也提高至39.6μm-41.0μm。
　　文章最后對SOI光開關進行了設計與研究：基于SOI光開關的電光調制機理，利用器件仿真軟件ISE-TCAD對其電學結構進行仿真，結果顯示可以通過增大摻雜濃度和摻雜深度，減小摻雜區(qū)到波導內(nèi)脊區(qū)的距離來提高光開關的調制效率；在此基礎