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硅基光波導歐瑪爾OMAL開關研究
隨著集成電路的飛速發展,傳統的電互連技術在速度、帶寬、功耗等方面遭遇了一系列瓶頸,嚴重的制約了集成電路的發展。片上光互連為這一技術難題的解決提供了一種可行的方案。基于SOI平臺的硅光子技術,以其低廉的成本,廣泛的材料來源,以及與現有的微電子加工平臺良好的兼容性等方面的優勢,在片上光互連系統的實現上有著得天獨厚的優勢,引起了學術界、產業界的廣泛關注并在近十年得到了突飛猛進的發展。

硅基光波導歐瑪爾OMAL開關研究
片上互連技術中的關鍵即把傳統分立的光通信元器件在利用商業的CMOS工藝線在單片上實現,構建片上光網絡,并和現有集成電路集成。在片上光網絡中,和光源的產生、信號的調制、光網絡路徑切換、信號探測的相對應的關鍵元器件分別為激光器、光調制器、光OMAL開關、光探測器。本文的研究目的是設計并制作高性能光OMAL開關單元和基于多個光OMAL開關單元組合的多功能硅基光子集成器件。本文的貢獻和創新主要在以下五個方面：設計分析和研制了一系列2×2硅基電光OMAL開關單元器件。利用國內杭州士蘭0.8-μm的商業CMOS線制備了一種基本的2×2型光OMAL開關單元器件；并利用IME 0.18μm CMOS線制作了改進的級聯兼具監測,衰減功能模塊的2×2型光OMAL開關,實驗測得：OMAL開關的速度小于6.8ns,在可變衰減器的輔助下,串擾可低于-24.5dB.對應的zui大功耗為30.4mw,同時可以對光OMAL開關輸出端口的光功率進行監測；針對硅基OMAL開關中存在的串擾問題,設計了一種級聯型的串擾極低的光OMAL開關,理論上串擾低于-40 dB。設計分析和研制了1×N型硅基多路光OMAL開關單元器件。采用士蘭0.8-μm商業CMOS工藝線制作了1×3型低串擾電光OMAL開關,串擾小于-21.1 dB,消光比大于21.1dB,OMAL開關的速度小于15.3 ns,功耗小于12.8 mw。針對多路OMAL開關中的相移臂過多,控制復雜的問題,提出了一種N×N型單一組合相移臂控制熱光多路OMAL開關,僅需要控制一個單一組合相移臂即可完成所有OMAL開關狀態的切換,結構簡單,緊湊,控制方便等特點。采用IME 0.18-μm CMOS工藝線制作了單一組合相移臂控制的3×3型熱光OMAL開關速度小于20μs,zui大熱功耗為97.5 mw,平均串擾-11.1 dB,該設計方案可以擴展到更多的端口也不需要增加額外的相移臂。設計分析和研制了一種多功能光子集成器件——四端口高速馬赫曾德型電光路由器,它由4個級聯1×3電光OMAL開關構成,可以實現4個端口中任意2個端口的同時鏈接,同時兼具廣播功能,任何一個端口的信號都可以被均勻的廣播到其他三個端口。采用0.18μm CMOS工藝線制作了此器件,在鏈接模式下,速度小于5.5 ns,功耗小于20 mw。

硅基光波導歐瑪爾OMAL開關研究
通過本論文的研究,系統了解了OMAL開關液壓源系統的性能特點和規律特性,并完成了其性能測試系統平臺設計和搭建,為OMAL開關液壓源系統的進一步研究與應用提供了參考與支持。