DICP Materials Science   www.mst.dicp.ac.cn
中科院半导体所硅基光子学研究取得重要突破
中科院半导体所硅基光子学研究取得重要突破

 文章来源:半导体研究所    发布时间:2012-05-04

    基于硅基微纳波导的硅基光子学由于可以实现超小体积、低能耗、CMOS兼容的单片高密度光电集成,已被各国公认为突破计算机和通信超大容量、超高速信息传输和处理瓶颈的最理想技术之一。

    日前,中科院半导体研究所在该领域取得世界领先水平的重大技术突破。半导体所由王启明院士率先开展硅基光子学研究,近年来在光调制器及大规模光开关等方面持续保持国际一流研究水平。最近,肖希、李智勇、徐浩和李显尧等青年科研人员在俞育德、余金中和储涛研究员的指导下,在完成从电到光信号转换功能的光调制器这一最能代表硅基光子学研究水平的器件的研制上,采用研究组自主首创并被世界公认的插指型反向PN结光电结构(图1),在本所集成技术工程中心和中芯国际公司(SIMC)的大力协助下,使用国内企业CMOS工艺,研制成功MZI马赫-曾德干涉器型(图2)和MRR微环共振腔型(图3)两种全硅波导调制器,并实验验证其最为关键的调制速率双双达到44Gbps超高频调制速率(达到现有测试系统极限),预计实测调制速率还有可能通过改进测试系统达到进一步提高。

    其中,MRR型调制器的调制速率以领先原有世界纪录达14Gbps之多的水平而跃居世界第一;MZI调制器因受测试系统限制,目前实测调制速率也已进入世界前三位,仅次于阿尔卡特-朗讯及英国萨里大学今年刚刚发表的最新结果50Gbps。器件的其他指标经测试也已达到或超过当今世界一流水平。

    本项器件研制工作从创意、设计、制作到测试全程由国内青年科技人员完成,具备完全的自主知识产权。

    这些成果的取得标志着中科院半导体研究所在硅基调制器的研究方面占据国内绝对领先优势,也标志着我国硅基光子学研究研究在关键器件的研究上已经达到国际领先水平。这为实现超高速、超低功耗的硅基光互连,为我国迎接计算机和通信领域超高速、超大容量信号传输和处理的革命性变革奠定了基础。

    该项研究工作主要由中科院知识创新工程重要方向项目资助启动实施,研究执行期间陆续得到了国家973项目、863项目以及国家自然科学基金的资助。

图1:插指型反向PN结波导光电结构示意图

 

图2:MZI干涉器型硅基调制器。(左)器件光学显微镜顶视图(右)44Gbps调制器输出眼图

图3:MRR微环共振腔型硅基调制器。(左)器件光学显微镜顶视图(右)44Gbps调制器输出眼图
 

表1:国内外30Gb/s以上硅基MZI调制器的性能比较

单位

调制速率 (Gbps)

消光比(dB)

驱动电压(V)

长度(mm)

Vπ·L(V·cm)

插损(dB)

参考文献

Intel

40

1.2

6.5

1

4

4

EL 43 (2007) 1196

ETRI

30

7.2

1.2

1

1.59

6.8

OE 19 (2011) 26936

Surrey

50

2.2

6.5

1

4.2

3.7

PTL 24(2012) 234

Alcatel-Lucent

50

4.7

4.5

2

2.4

4.1

OE 20 (2012)6163

半导体所

44

5.5

5

0.75

1.1

~ 3

待发表

 

表2:硅基微环调制器性能比较

单位

调制速率 (Gbps)

消光比(dB)

长度

(μm)

驱动电压

(V)

功耗(fJ/bit)

参考文献

IBM

30

3.3

163

1.6

335

CLEO (2011) PDPB9.

Oracle

25

5

15

1

7

OE 19 (2011) 20435

Sandia

10

5

3.5

0.5

3

OE 19, (2011) 26017

Toronto&IBM

28

10

> 200

1.5

--

OFC (2012) OM3J

半导体所

44

3

22

3.5

70

待发表

您是本网站第 位访客
Copyright 2011-2016 中国科学院大连化学物理研究所 图书档案信息中心 版权所有