TWI767156B - 具有加熱器的光開關和路由器 - Google Patents

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TWI767156B
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史蒂芬M 宣克
安東尼K 史塔佩爾
約翰J 艾利斯蒙納翰
夫厚爾 杰恩
約翰J 佩卡里克
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美商格芯(美國)集成電路科技有限公司
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects

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Abstract

用於光開關的結構、用於光路由器的結構、以及製作用於光開關的結構的方法。相改變層是配置接近波導核心,而加熱器是形成接近該相改變層。該相改變層由相改變材料組成,該相改變材料具有第一狀態和第二狀態,該第一狀態在第一溫度具有第一折射係數,該第二狀態在第二溫度具有第二折射係數。該加熱器是組構成選擇性地傳送熱至該相改變層,用來在該第一狀態與該第二狀態之間轉移。

Description

具有加熱器的光開關和路由器
本發明是關於光子晶片,尤是關於用於光開關的結構、用於光路由器的結構、以及製作用於光開關的結構的方法。
光子晶片是使用在許多應用和系統中,包括、但不限於資料通訊系統和資料計算系統。光子晶片將光組件(例如,波導、光開關和彎頭(bend))與電子組件(例如,場效電晶體)整合成統合平台。除了其它因素外,藉由整合兩種類型的組件可減少佈線面積、成本和營運開銷(operational overhead)。
光開關將來自輸入的入射光訊號路由至目的輸出,而沒有將該光訊號轉換成電訊號。可使用舉例來說馬赫-陳德爾干涉儀(Mach-Zehnder interferometer,MZI)調變器形成光開關。此類型的切換的缺點在於MZI調變器展現弱電光效應,並且因為那個原因,故必需具有大的形狀因素(form factor),其導致在光子晶片上的大占晶面積(footprint)。在運作期間,MZI調變器也傾向消耗大量電能。
需要改進的用於光開關的結構、用於光路由器的結構、以及製作用於光開關的結構的方法。
在本發明的實施例中,一種結構包括波導核心、配置接近該波導核心的相改變層、以及接近該相改變層的加熱器。相改變層由具有第一狀態和第二狀態的相改變材料組成,該第一狀態在第一溫度具有第一折射係數,該第二狀態在第二溫度具有第二折射係數,並且該加熱器是組構成選擇性地傳送熱至該相改變層,以在該第一狀態與該第二狀態之間轉移。
在本發明的實施例中,一種方法包括圖案化波導核心、沉積接近該波導核心的相改變層、以及形成接近該相改變層的加熱器。該相改變層由具有第一狀態和第二狀態的相改變材料組成,該第一狀態在第一溫度具有第一折射係數,該第二狀態在第二溫度具有第二折射係數。該加熱器是組構成選擇性地傳送熱至該相改變層,以在該第一狀態與該第二狀態之間轉移。
10、50‧‧‧結構
10a、10b、10c、10d、50a、50b‧‧‧例子
12、12a、12b、62、64、66、68‧‧‧波導核心
13‧‧‧埋置絕緣體層
14‧‧‧淺溝槽隔離區域
15‧‧‧基底
16‧‧‧裝置層
18‧‧‧介電層
20‧‧‧蝕刻遮罩
24、35‧‧‧開口
26、28‧‧‧溝槽
30‧‧‧矽化物層
32‧‧‧共形介電層
34‧‧‧蝕刻遮罩
36‧‧‧層
37‧‧‧頂表面
38‧‧‧互連結構
40、42、48‧‧‧接點
44‧‧‧介電層
45‧‧‧側壁
46‧‧‧薄膜電阻器
60、70‧‧‧開關
併入並且構成此說明書的一部分的伴隨圖式例示本發明的各種實施例,並且,與上方給定的本發明的一般性描述和下方給定的實施例的詳細描述一起用作解釋本發明的實施例。在圖式中,相同的元件符號是指各種視圖中的相同特徵。
第1圖是依據本發明的實施例在處理方法的初始製作階段中用於電光調變器的結構的剖面視圖。
第2圖是該結構在接續於第1圖的製作階段中的剖面視圖。
第3圖是該結構在接續於第2圖的製作階段中的上視圖。
第4圖是該結構大致上沿著第3圖中的線4-4的剖面視圖。
第5-6圖是該結構在接續於第4圖的連續製作階段中的剖面視圖。
第7圖是該結構在接續於第6圖的製作階段中的上視圖。
第8圖是該結構大致上沿著第7圖的線8-8的剖面視圖。
第9圖是該結構在接續於第8圖的製作階段中的剖面視圖。
第10-12圖是依據本發明的不同實施例的用於電光調變器的結構的剖面視圖。
第13圖是依據本發明的實施例使用電光調變器所形成的開關的概略視圖。
第14圖是依據本發明的實施例使用電光調變器所形成的開關的概略視圖。
第15圖是依據本發明的不同實施例用於電光調變器的結構的剖面視圖。
參考第1圖和依據本發明的實施例,用於電光調變器的結構10包括嵌埋至淺溝槽隔離區域14中的波導核心12。波導核心12可由微影和蝕刻程序而從單晶半導體材料(例如,單晶矽)(例如,絕緣體上覆矽(SOI)晶圓的裝置層16)形成。形成波導核心12的蝕刻程序可僅部分地蝕刻通過圍繞該波導核心12的裝置層16。淺溝槽隔離區域14填充圍繞波導核心12的空間作為側向被覆(lateral cladding),並可由介電材料(例如,二氧化矽)(其由化學機械研磨沉積和平坦化)組成。波導核心12和裝置層16是配置在SOI晶圓的埋置絕緣體層13和基底15上方。波導核心12是組構成在光子晶片上傳播光訊號。
參考第2圖,其中,相同的元件符號是指第1圖中的相同特徵,在接續製作階段中,由介電材料(例如,矽氮化物)所組成的介電層18是沉積在波導核心12和淺溝槽隔離區域14上方,並且蝕刻遮罩20是由微影程序形成在該介電層18上方。蝕刻遮罩20可包括含有光阻和底部抗反射塗覆的微影堆疊,在該微影堆疊中,該光阻可由旋塗程序、預烘烤、暴露至經由光罩所投影的光、暴露後烘烤、以及以化學顯影劑顯影而鋪設如液體,並且在該微影堆疊中,該底部抗反射塗覆可在該光阻鋪設前鋪設並在該光阻顯影後圖案化。蝕刻遮罩20包括開口24,其配置在覆蓋淺溝槽隔離區域14的介電層18上方並且分別地鄰近波導核心12的區段的個別相對側壁。蝕刻遮罩20的其它部分完全地覆蓋介電層18的剩餘者。
介電層18和淺溝槽隔離區域14在開口24在蝕刻遮罩20中的位置處以一個或更多個蝕刻程序蝕刻,以在該淺溝槽隔離區域14中形成溝槽26、28。溝槽26、28藉由蝕刻程序僅部分地延伸通過淺溝槽隔離區域14的厚度,使得該淺溝槽隔離區域14的部分厚度在該溝槽26、28的位置處初始地覆蓋該裝置層16。蝕刻遮罩20在形成溝槽26、28後移除。淺溝槽隔離區域14在溝槽26、28的基部處的部分厚度由蝕刻程序(例如,以製備用於矽化程序的預清潔)移除,以暴露裝置層16在該溝槽26、28的基部處的個別部分。
參考第3、4圖,其中,相同的元件符號是指第2圖中的相同特徵,並且在接續製作階段中,矽化物層30可形成在配置在裝置層16在溝槽26、28的基部處的個別部分上方的該溝槽26、28內側的區段。矽化物層30在不同溝槽26、28內側的區段提供個別電阻加熱器,以藉由電阻性加熱響應所施加的電流。
矽化物層30可由矽化程序形成,該矽化程序涉及藉由舉例來說化學氣相沉積或物理氣相沉積沉積一層矽化物形成金屬,並接著一個或更多個退火步驟(例如,快速熱退火)以藉由使該層矽化物形成金屬與裝置層16的接觸半導體材料反應而形成矽化物相(silicide phase)。因為矽化物形成金屬不會與接觸的介電材料(例如,介電層18)反應,因此,矽化程序是自對準至裝置層16暴露在溝槽26、28內的區段。用於矽化物形成金屬的候選材料包括、但不限於鎳、鈦、鈷、鈀、或這些金屬的組合或可與矽反應以形成低電阻性、熱穩定矽化物的其它金屬。在退火之前,可鋪設由金屬氮化物(例如,濺鍍沉積鈦氮化物)組成的封蓋層,以覆蓋矽化物形成金屬。矽化程序的初始退火步驟可形成消耗矽化物形成金屬的富金屬矽化物,並且之後形成藉由消耗該富金屬矽化物而生長的較低金屬含量的矽化物。在初始退火運作之後,任何剩餘的矽化物形成金屬和視需要的封蓋層可藉由溼化學蝕刻移除。矽化物層30可之後經受在較高溫度的額外退火運作,以形成較高金屬含量的較低電阻性矽化物相,並接著藉由溼化學蝕刻移除任何剩餘的矽化物形成金屬。
參考第5圖,其中,相同的元件符號是指第4圖中的相同特徵,並且在接續製作階段中,由介電材料(例如,矽氮化物)組成的共形介電層32是藉由舉例來說原子層沉積形成在介電層18上方並且在矽化物層30在溝槽26、28內側的區段上方。蝕刻遮罩34藉由微影程序形成在共形介電層32上方。蝕刻遮罩34可包括含有光阻和底部抗反射塗覆的微影堆疊,在該微影堆疊中,該光阻可由旋塗程序、預烘烤、暴露至經由光罩所投影的光、暴露後烘烤、以及以化學顯影劑顯影而鋪設如液體,並且在該微影堆疊中,該底部抗反射塗覆可在該光阻鋪設前鋪設並在該光阻顯影後圖案化。蝕刻遮罩34包括開口35,其配置在 覆蓋矽化物層30的區段的共形介電層32上方、波導核心12配置在溝槽26、28之間的區段、以及淺溝槽隔離區域14配置在該波導核心12的該區段與該溝槽26、28之間的部分。蝕刻遮罩34的其它部分完全地覆蓋共形介電層32的剩餘者。
參考第6圖,其中,相同的元件符號是指第5圖中的相同特徵,並且在接續製作階段中,介電層18和共形介電層32以蝕刻程序(例如,反應式離子蝕刻程序)蝕刻,並且在蝕刻遮罩34中的開口35內側暴露的區域上方移除,除了在溝槽26、28的側壁處從該共形介電層32所形成的間隔件外。介電層18、32的移除暴露矽化物層30的區段和波導核心12在該矽化物層30的該區段之間的區段。蝕刻遮罩34在蝕刻介電層18、32後移除。
參考第7、8圖,其中,相同的元件符號是指第6圖中的相同特徵,並且在接續製作階段中,由材料所組成的層36以微影和蝕刻程序沉積並且圖案化,該材料的材料性質隨著加熱展現折射係數和光訊號吸收的改變。在實施例中,層36可由相改變材料(phase change material)組成,該相改變材料在給定轉移溫度從具有不同光性質的絕緣體相改變成具有不同光性質的金屬相。在實施例中,層36可由相改變材料組成,該相改變材料在介於35℃與100℃的範圍中的轉移溫度從絕緣體相改變成具有不同光性質的金屬相。在實施例中,層36可由釩二氧化物組成,其在大約68℃的轉移溫度從絕緣體相改變成具有不同光性質的金屬相。釩氧化物在其折射係數中因為相改變而大約地展現單一改變並且相較於其絕緣體相在其金屬相展現10倍增加的吸收。可使用光性質中的改變來形成與CMOS程序流程匹配的電光調變器或電吸收開關。
層36覆蓋由移除介電層18、32所暴露的區域。層36可由舉例來說化學氣相沉積沉積,並且使用共形介電層32作為蝕刻停止而回蝕(etch back)。
層36的一部分是配置在波導核心12上方並且與該波導核心12的頂表面37直接接觸。層36的部分是配置在矽化物層30的該區段上方,並且該層36的部分是配置在波導核心12與該矽化物層30的該區段之間的淺溝槽隔離區域14上方。層36的這些部分是個別地與矽化物層30和淺溝槽隔離區域14直接接觸。層36可包括形貌(topography),例如,在(矽化物層30的該區段所位於的)溝槽26、28的位置處的區塊(divot)。電流可施加至矽化物層30的該區段,以引發層36藉由歐姆定律加熱至大於其絕緣體至金屬轉移溫度的溫度,並且被移除以允許該層36冷卻至小於其絕緣體至金屬轉移溫度的溫度或被放置在靜止(quiescent)狀態。
參考第9圖,其中,相同的元件符號是指第8圖中的相同特徵,並且在接續製作階段中,互連結構(大致上由元件符號38所指示)包括由中段製程(MOL)處理和後段製程(BEOL)處理所形成的金屬化級。互連結構38可包括由一個或更多個介電材料(例如,碳摻雜矽氧化物)所組成的一個或更多個層間介電層、以及舉例來說配置在該一個或更多個層間介電層中由銅、鎢、及/或鈷所組成的金屬化。
互連結構38可包括介電層44和配置在該介電層44中的接點40、42。接點40可形成以將矽化物層30的該區段連接至互連結構38中的打線(wiring)。接點42是視需要的,並且可形成以將層36連接至互連結構38中的打線。可使用接點42以藉由用來控制層36的溫度的傳導或冷卻路徑提供熱的次要來源。接點40、42可由金屬(例如,鎢、銅或鈷)組成,並且位在介電層44中 的個別蝕刻接點開口中。介電層44可由介電材料(例如,矽的氧化物)組成、藉由化學氣相沉積沉積、以及以化學機械研磨(CMP)平坦化。舉例來說,介電層44可由使用臭氧和正矽酸乙酯(TEOS)作為反應物的化學氣相沉積所沉積的矽二氧化物組成。
透過這些連接,電壓可從互連結構中的打線施加至矽化物層30的該區段,其引發該矽化物層30的該區段作用成加熱器,其用來將層36中的材料加熱至高於其轉移溫度。可使用相改變來提供可閘控光訊號傳送通過波導核心12中與層36所重疊的該區段的不同光性質並創造光開關。
參考第10圖,其中,相同的元件符號是指第8圖中的相同特徵,並且依據不同實施例,配置在矽化物層30的該區段與波導核心12的該區段之間的淺溝槽隔離區域14可相對於該波導核心12凹化。具體而言,在介電層18和共形介電層32蝕刻後,淺溝槽隔離區域14可以選擇性蝕刻程序(例如,使用含有氫氟酸的溶液的溼化學蝕刻程序)蝕刻和凹化。淺溝槽隔離區域14的凹化暴露波導核心12的相對側壁45的個別上部分。層36填充由凹化淺溝槽隔離區域14所打開的空間,使得該層36除了直接地接觸波導核心12的頂表面37外,另直接地接觸該波導核心12的側壁45。波導核心12的相對側壁45的個別下部分仍然由淺溝槽隔離區域14直接地接觸。
在不同實施例中,淺溝槽隔離區域14可完全地凹化並且移除,以暴露圍繞波導核心12的裝置層16,並且層36將接觸波導核心12的相對側壁45的全部。
參考第11圖,其中,相同的元件符號是指第9圖中的相同特徵,並且依據不同實施例,薄膜電阻器46可形成在層36上方的互連結構38中,並 且可由接點48連接至互連結構38中的打線。薄膜電阻器46可由材料(例如,鎳-鉻、鉭氮化物、或鈦氮化物)組構,其藉由歐姆定律產生熱,以響應流經材料的電流。類似於由矽化物層30的該區段所提供的加熱器,可使用來自薄膜電阻器46的熱引發層36中的相改變。薄膜電阻器46可取代矽化物層30的該區段,作為結構10的熱來源。薄膜電阻器46提供獨立電阻性加熱器,其響應藉由電阻性加熱的施加電流。可控制施加至薄膜電阻器46的電流,以將層36加熱至高於其絕緣體至金屬轉移溫度,並且允許該層36休止(dormant)或冷卻。電流可施加至薄膜電阻器46以引發層36加熱至大於其絕緣體至金屬轉移溫度的溫度,並且被移除以允許冷卻至小於其絕緣體至金屬轉移溫度的溫度或被放置在靜止狀態中。
藉由在互連結構38中形成薄膜電阻器46,形成波導核心12的蝕刻程序可完全地蝕刻通過圍繞該波導核心12的裝置層16,使得淺溝槽隔離區域14直接接觸暴露的埋置絕緣體層13。在不同實施例中,可組合使用薄膜電阻器46和矽化物層30的該區段,以提供用來加熱層36並且產生相改變的加熱器。
參考第12圖,其中,相同的元件符號是指第9圖中的相同特徵,並且依據不同實施例,類似於結構10的結構50的層36可放置在一對彼此接近用於光訊號耦合的波導核心12a、12b之間。層36與波導核心12a、12b的側表面接觸。薄膜電阻器46可直接地放置在層36上方,並且矽化物層30的區段可直接地放置在該層36下方。薄膜電阻器46和矽化物層30的區段是側向地配置在波導核心12a、12b之間。在不同實施例中,可省略薄膜電阻器46和矽化物層30的該區段的一者或另一者。
如果層36尚未加熱並且處在其由低吸收所特性化的絕緣體相中,則光訊號可耦合在波導核心12a、12b之間。如果層36由施加至薄膜電阻器46及/或矽化物層30的該區段的電流加熱並且其處在由高吸收所特性化的金屬相中,則可阻擋波導核心12a、12b之間的耦合。
參考第13圖,其中,相同的元件符號是指第9圖中的相同特徵,並且依據不同實施例,可使用結構10的例子10a、10b、10c、10d建構開關60,例子10a、10b、10c、10d的各者包括層36和由矽化物層30及/或薄膜電阻器46所供應的一個或更多個加熱器。具體而言,可配置波導核心62、64、66、68,使得用於光訊號的路徑可透過結構10的例子10a、10b、10c、10d的運作而切換。波導核心62和波導核心66可具有平行且間隔開的配置,並且波導核心64和該波導核心66可配置成位於該波導核心62與該波導核心66之間的波導交叉(waveguide crossing)。
在開關60的一個狀態中,結構10的例子10b和10c可以施加的電流予以加熱,以引發絕緣體至金屬轉移,而該結構10的例子10a和10d可未被加熱(也就是,沒有施加電流),其引發光訊號從a1被傳送至b1並且從a2被傳送至b2。在開關60的另一個狀態中,結構10的例子10a和10d可以施加電流予以加熱,以引發絕緣體至金屬轉移,而該結構10的例子10b和10c可未被加熱(也就是,沒有施加電流),其引發光訊號經由波導交叉從a1被傳送至b2及/或從a2被傳送至b1。
參考第14、15圖,其中,相同的元件符號是指第12圖中的相同特徵,並且依據不同實施例,可使用結構50的例子50a、50b來建構開關70,該例子50a、50b的各者包括層36和由矽化物層30及/或薄膜電阻器46所供應 的一個或更多個加熱器。結構50的例子50a可配置在波導核心62與波導核心64之間的淺溝槽隔離區域14上方,而該結構50的該例子50b(其可相同於該例子50a)可配置在波導核心66與波導核心68之間的淺溝槽隔離區域14上方。結構10的例子50a、50b提供沒有吸收而運作的電光方向性耦合器。
在開關70的一個狀態中,結構50的例子50a和50b可未被加熱(也就是,沒有施加電流),其引發光訊號從a1被傳送至b1並且從a2被傳送至b2。在開關70的另一個狀態中,結構50的例子50a和50b可以施加電流予以加熱,以引發絕緣體至金屬轉移,其引發光訊號從a1被傳送至b2及/或從a2被傳送至b1。
上方所描述的方法是使用在製作積體電路晶片。生成的積體電路晶片可由製作者以生晶圓形式(例如,如具有多個未封裝晶片的單一晶圓)、裸晶、或以封裝形式加以分配。晶片可與其它晶片、分離電路元件、及/或其它訊號處理裝置整合,作為中間產品或終端產品的部件。終端產品可為包括積體電路晶片的任何產品,例如具有中央處理器的電腦產品或智慧型手機。
在本文中至由近似語言(例如,「大約」、「近似地」和「實質地」)所修飾的參考並不限制所指定的精確數值。近似語言可對應於用來測量數值的儀器的精確性,並且,除非另外依於儀器的精確性,可指示陳述的數值的+/-10%。
在本文中至術語(例如,「直立」、「水平」等)的參考可藉由範例、而不是藉由限制作出,以建立參考的框架。如在本文中所使用的術語「水平」是定義成與半導體基底的傳統平面平行的平面,而不論其真正的三維空間轉向。術語「直立」和「正交」是指與如剛才所定義的水平垂直的方向。術語「側向」是指在水平平面內的方向。
特徵「連接」或「耦接」至另一個元件可直接地連接或耦接至該其它元件、或者可出現一個或更多個中介元件。特徵可「直接地連接」或「直接地耦接」至另一個元件,如果沒有中介元件出現。特徵可「間接地連接」或「間接地耦接」至另一個元件,如果出現至少一個中介元件。特徵「上」或「接觸」另一個特徵可直接地在其它特徵上或直接接觸其它特徵,或者可出現一個或更多個中介特徵。如果沒有中介特徵,特徵可「直接地在…上」或「直接接觸」另一個特徵。如果出現至少一個中介特徵,特徵可「間接地在…上」或「間接接觸」另一個特徵。
本發明的各種實施例的描述已經呈現,為了例示的目的,而不意圖窮盡或限制至所揭露的實施例。許多修飾和變化對於本領域中的熟習技術者將是明顯的,而不致於偏離該描述的實施例的範疇和精神。本文所使用的技術用語經選擇最佳解釋該實施例的原理、針對市場中所發現的技術的實際應用或技術改進、或致能本領域中的其他通常技術者了解本文所揭露的實施例。
10‧‧‧結構
12‧‧‧波導核心
13‧‧‧埋置絕緣體層
14‧‧‧淺溝槽隔離區域
15‧‧‧基底
16‧‧‧裝置層
20‧‧‧蝕刻遮罩
30‧‧‧矽化物層
32‧‧‧共形介電層
36‧‧‧層
38‧‧‧互連結構
40、42‧‧‧接點
44‧‧‧介電層

Claims (20)

  1. 一種用於光開關的結構,該結構包含:第一波導核心;第一相改變層,配置接近該第一波導核心,該第一相改變層由相改變材料組成,該相改變材料具有第一狀態和第二狀態,該第一狀態在第一溫度具有第一折射係數,該第二狀態在第二溫度具有第二折射係數;以及第一加熱器,接近該第一相改變層,該第一加熱器組構成選擇性地傳送熱至該第一相改變層,用來在該第一狀態與該第二狀態之間轉移,其中,該相改變材料具有轉移溫度,該第一溫度小於該轉移溫度,且該第二溫度大於該轉移溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該第一相改變層與該第一波導核心具有直接接觸關係。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該第一波導核心具有頂表面,而該第一相改變層與該第一波導核心的該頂表面具有直接接觸關係。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之結構,進一步包含:溝槽隔離區域,配置鄰近該第一波導核心,其中,該第一相改變層是配置部分在該溝槽隔離區域上方並且部分在該第一波導核心上方。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之結構,進一步包含:溝槽隔離區域,配置鄰近該第一波導核心, 其中,該第一波導核心具有側壁,該側壁部分位於該溝槽隔離區域之上,而該第一相改變層是配置部分在該溝槽隔離區域上方並且直接接觸該第一波導核心的該側壁。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之結構,進一步包含:介電層,在該第一相改變層上方;以及接點,配置在該介電層中,該接點延伸至該第一相改變層或至該第一加熱器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該第一相改變層是配置部分在該第一波導核心上方,並且進一步包含:第二波導核心,配置鄰近該第一波導核心,其中,該第一相改變層是配置部分在該第二波導核心上方並且部分在該第一波導核心與該第二波導核心之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之結構,進一步包含:第二波導核心,配置鄰近該第一波導核心,其中,該第一相改變層是配置在該第一波導核心與該第二波導核心之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該相改變材料由釩氧化物組成,並且該第一波導核心由單晶矽組成。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該相改變材料在該第一溫度的該第一狀態中是絕緣體,並且該相改變材料在該第二溫度的該第二狀態中是金屬。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該第一加熱器是配置在該第一相改變層下方。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之結構,其中,該第一加熱器是矽化物層的區段。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之結構,其中,該第一加熱器是配置在該第一相改變層上方。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之結構,其中,該第一加熱器是互連結構中的薄膜電阻器。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之結構,進一步包含:第二加熱器,配置在該第一相改變層下方。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之結構,進一步包含:第二波導核心,配置鄰近該第一波導核心,其中,該第一相改變層組構成於該第一相改變層處在該第二狀態時阻擋在該第一波導核心中傳播的光訊號被傳送至該第二波導核心。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之結構,其中,該第一相改變層是配置部分在該第一波導核心上方。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之結構,進一步包含:第二相改變層,配置部分在該第二波導核心上方;以及第二加熱器,接近該第二相改變層。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之結構,其中,該第一相改變層是配置在該第一波導核心與該第二波導核心之間。
  20. 一種製作用於光開關的結構的方法,該方法包含:圖案化波導核心;沉積相改變層,配置接近該波導核心;以及 形成加熱器,接近該相改變層,其中,該相改變層由相改變材料組成,該相改變材料具有第一狀態和第二狀態,該第一狀態在第一溫度具有第一折射係數,該第二狀態在第二溫度具有第二折射係數,並且該加熱器組構成選擇性地傳送熱至該相改變層,用來在該第一狀態與該第二狀態之間轉移;及其中,該相改變材料具有轉移溫度,該第一溫度小於該轉移溫度,且該第二溫度大於該轉移溫度。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11693189B2 (en) * 2014-08-01 2023-07-04 Celeris Systems, Inc. Fast optical switch and its applications in optical communication
FR3098983A1 (fr) * 2019-07-19 2021-01-22 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Guide d'onde d'une structure SOI
US11067751B2 (en) * 2019-10-09 2021-07-20 Globalfoundries U.S. Inc. Trench-based optical components for photonics chips
CN111142186B (zh) * 2019-12-31 2021-02-12 中国科学院半导体研究所 一种波导结构的神经突触及其制备方法
GB2595880B (en) * 2020-06-09 2023-05-10 Rockley Photonics Ltd Optoelectronic device and method of manufacture thereof
GB2596520A (en) * 2020-06-23 2022-01-05 Univ Bristol Apparatus and method for controlling a characteristic of an optical mode
US11287719B2 (en) * 2020-07-07 2022-03-29 Globalfoundries U.S. Inc. Tunable grating couplers containing a material with a variable refractive index
GB2603178A (en) * 2021-01-29 2022-08-03 Univ Southampton A capacitor resonator modulator
CN115308851B (zh) * 2022-07-01 2023-12-05 复旦大学 一种与硅光集成工艺兼容的非垂直间接电加热装置
US11927801B2 (en) 2022-08-03 2024-03-12 Globalfoundries U.S. Inc. Stacked waveguide cores with tunable phase delay
US20240329298A1 (en) * 2023-04-03 2024-10-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-tiered semiconductor waveguide and multi-tiered waveguide heater
CN117631336B (zh) * 2023-12-29 2024-09-10 光本位科技(苏州)有限公司 一种光波导及其制备方法
CN117706811B (zh) * 2023-12-29 2024-09-10 光本位科技(苏州)有限公司 一种光波导及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200413758A (en) * 2002-07-02 2004-08-01 Omron Tateisi Electronics Co Optical waveguide device, method of manufacturing the same, and optical communication equipment
JP2005037684A (ja) * 2003-07-15 2005-02-10 Photonic Lattice Inc 可変特性フォトニック結晶導波路
US8098968B2 (en) * 2007-09-04 2012-01-17 International Business Machines Corporation Silicide thermal heaters for silicon-on-insulator nanophotonic devices
JP2018155963A (ja) * 2017-03-17 2018-10-04 学校法人慶應義塾 光スイッチ

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100499004B1 (ko) * 2002-12-18 2005-07-01 삼성전기주식회사 광비아홀을 구비하는 인쇄회로기판 및 가공 공정
WO2004095112A2 (en) * 2003-04-21 2004-11-04 Sioptical, Inc. Cmos-compatible integration of silicon-based optical devices with electronic devices
US6960744B2 (en) 2003-08-04 2005-11-01 International Business Machines Corporation Electrically tunable on-chip resistor
US7352066B2 (en) * 2003-09-30 2008-04-01 International Business Machines Corporation Silicon based optical vias
US8399292B2 (en) * 2010-06-30 2013-03-19 International Business Machines Corporation Fabricating a semiconductor chip with backside optical vias
US8200055B2 (en) * 2010-07-19 2012-06-12 Harish Subbaraman Two-dimensional surface normal slow-light photonic crystal waveguide optical phased array
US8541884B2 (en) * 2011-07-06 2013-09-24 Research Triangle Institute Through-substrate via having a strip-shaped through-hole signal conductor
WO2013035182A1 (ja) * 2011-09-08 2013-03-14 富士通株式会社 光半導体素子
WO2015050602A1 (en) * 2013-06-25 2015-04-09 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Integrated photonic devices based on waveguides patterned with optical antenna arrays
US20170082873A1 (en) * 2014-03-25 2017-03-23 Brown University High frequency light emission device
EP3118661A4 (en) * 2014-03-28 2017-03-29 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical interconnection device, optoelectronic chip system, and optical signal sharing method
US9746746B2 (en) * 2014-08-01 2017-08-29 Mohammad A Mazed Fast optical switch and its applications in optical communication
US9543463B2 (en) * 2014-10-27 2017-01-10 International Business Machines Corporation Signal distribution in integrated circuit using optical through silicon via
US9236328B1 (en) * 2014-10-27 2016-01-12 International Business Machines Corporation Electrical and optical through-silicon-via (TSV)
WO2016123088A1 (en) * 2015-01-26 2016-08-04 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for infrared and mid-infrared sensing
US9606291B2 (en) * 2015-06-25 2017-03-28 Globalfoundries Inc. Multilevel waveguide structure
US9733498B2 (en) * 2015-10-09 2017-08-15 Oracle International Corporation Disk resonator based on a composite structure
US9740080B2 (en) * 2015-10-30 2017-08-22 International Business Machines Corporation Waveguide switch with tuned photonic microring
US9891112B1 (en) * 2016-10-19 2018-02-13 International Business Machines Corporation Radiation detector
US10197730B1 (en) * 2017-11-08 2019-02-05 Globalfoundries Inc. Optical through silicon via
US10050715B1 (en) * 2017-12-18 2018-08-14 Booz Allen Hamilton Inc. M-ARY frequency presence modulation communication system and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200413758A (en) * 2002-07-02 2004-08-01 Omron Tateisi Electronics Co Optical waveguide device, method of manufacturing the same, and optical communication equipment
JP2005037684A (ja) * 2003-07-15 2005-02-10 Photonic Lattice Inc 可変特性フォトニック結晶導波路
US8098968B2 (en) * 2007-09-04 2012-01-17 International Business Machines Corporation Silicide thermal heaters for silicon-on-insulator nanophotonic devices
JP2018155963A (ja) * 2017-03-17 2018-10-04 学校法人慶應義塾 光スイッチ

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