首页> 正文

1.3μmGeSi/Si异质结光波导耦合器的设计与研究

2020-12-03阅读(473)

1.3μmGeSi/Si异质结光波导耦合器的设计与研究

论文摘要

在电子系统中为了实现信息传输的大规模化和高速化:一是采用高速电子器件;二是采用光波导连接芯片。GeSi/Si异质结在这两方面的应用中都有明显的优势,本文论证了用GeSi/Si异质结设计和研制光波导器件的优越性和必要性,主要从材料的性质、能带结构、传光特性、器件的结构尺寸和制作工艺等方面,对光栅耦合器和布拉格反射光栅进行了深入的研究和探讨。首先,根据GeSi/Si异质结的能带结构分析其传光特性,给出了SiGe合金各组分所占比例,使其吸收限在1.3μm以下,从而计算出波导层的折射率,设计出平面波导层的厚度。然后,根据耦合模理论并应用MATLAB计算出光栅耦合器的辐射衰减系数和布拉格光栅反射器的耦合系,设计出对称矩形截面波导光栅的周期,长度,宽度,槽深,齿宽的尺寸。对光场强度在器件中的分布进行了数值模拟分析。主要得出三个结论:1.3 ? Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅入射角为66 o,波导层厚度为2 ?,光栅长度为4252 ?,槽深为0.05 ?,光栅周期为0.456 ?,滤波带宽为2.14 A0,其耦合效率可达到84.1%。对1.3 ? Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结光栅耦合器粗略设计,波导层的厚度为T=2 ?,槽形为槽宽和齿宽相等的矩形,其空气侧和衬底侧的传输角分别为θ?(11) =750和θ?(13 )≈160时,周期Λ≈0.51μm,槽深hc = 0.085μm,光栅长度为L = 3mm,耦合效率η≈37%,输入耦合效率为29%。对于Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结光栅耦合器的精确设计,波导层厚度为2.5μm,入射波长为1.3μm的单模Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结波导光栅耦合器的周期、长度和槽深,得出从空气中输入,入射角为750(从衬底中输入,入射角为160)时,周期为0.512μm,槽宽为0.256μm,光栅长度为2.3mm,从空气侧输入时耦合效率为η( c)=22.5%,从衬底输入时耦合效率为η( s)=46.3%,对于输出耦合时耦合效率分别为η( c)=28%,η( s)=57.8%。对制作过程和器件的测试进行了深入的研究,采用的制作工艺主要有MBE溅射法,双光束干涉法和等离子蚀刻法等;通过棱镜耦合法和光栅耦合法对器件的传输常数和耦合效率进行了测量。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 本课题的研究意义
  • 1.2 SiGe 器件的国内外研究现状
  • 1.3 本课题所做的研究工作
  • 1.4 论文结构安排
  • 第二章 GeSi/Si 材料的基本性质
  • 2.1 晶格常数与晶格适配率
  • 2.2 应变与应变能
  • 2.3 应变临界厚度
  • 2.4 GeSi 合金折射率的计算
  • 第三章 光波导中的光栅理论
  • 3.1 光栅的分类
  • 3.2 光栅耦合
  • 3.2.1 光栅介绍
  • 3.2.2 相位匹配条件
  • 3.2.3 光栅结构中的模耦合方程
  • 3.3 共线耦合
  • 3.4 共面耦合
  • 3.5 导模-辐射模耦合
  • 第四章 GeSi/Si 异质结布拉格反射光栅和光栅耦合器的设计
  • xSi1-x/Si异质结组分X的选择'>4.1 GExSi1-x/Si异质结组分X的选择
  • 0.05Si0.95/Si 异质结布拉格反射光栅的设计'>4.2 GE0.05Si0.95/Si 异质结布拉格反射光栅的设计
  • 4.2.1 布拉格条件的分析
  • 4.2.2 反射型光栅的耦合效率
  • 4.2.3 角度的选择性和波长的选择性
  • 4.2.4 耦合系数
  • 4.2.5 光栅结构
  • 4.2.6 光栅波导层的厚度
  • 4.2.7 光栅长度和槽深
  • 4.2.8 光栅的周期和槽宽
  • 4.2.9 数值模拟和结论
  • 0.05Si0.95 /Si 异质结光栅耦合器的粗略设计'>4.3 GE0.05Si0.95 /Si 异质结光栅耦合器的粗略设计
  • 4.3.1 输出耦合
  • 4.3.2 输入耦合
  • 4.3.3 辐射损耗系数
  • 4.3.4 光栅耦合器的设计的考虑
  • 4.3.5 波导层的厚度
  • 4.3.6 槽形
  • 4.3.7 周期
  • 4.3.8 槽深和光栅长度
  • 4.3.9 结论
  • 0.05Si0.95 /Si 异质结光栅耦合器的精确设计'>4.4 Ge0.05Si0.95 /Si 异质结光栅耦合器的精确设计
  • 4.4.1 光栅耦合器结构
  • 4.4.2 相位匹配条件
  • 4.4.3 辐射衰减系数
  • 4.4.4 输入耦合
  • 4.4.5 设计分析
  • 4.4.6 光栅的周期和槽宽
  • 4.4.7 光栅的槽深
  • 4.4.8 光栅的耦合长度
  • 4.4.9 输入和输出光场的数值模拟
  • 4.4.10 结论
  • 第五章 SIGE/SI 异质结波导光栅的研制和器件的测试
  • 5.1 GeSi/Si 异质结材料制备
  • 5.1.1 分子束外廷（MBE）生长方法
  • 5.1.2 化学气相淀积（CVD）生长方法
  • 5.2 GeSi/Si 异质结波导光栅的光刻技术
  • 5.2.1 抗蚀剂涂布
  • 5.2.2 双光束干涉曝光
  • 5.2.3 显影
  • 5.3 GeSi/Si 异质结波导光栅电子束成像法
  • 5.3.1 电子束致抗蚀剂
  • 5.3.2 电子束绘图法
  • 5.4 腐蚀和脱模
  • 5.5 器件的测试
  • 5.5.1 传输常数的测量
  • 5.5.2 耦合效率的测量
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表的论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].石墨烯/氮化硼异质结制备及应用研究进展[J]. 现代化工 2020(01)
    • [2].电场和应变对砷烯/WS_2 van der Waals异质结电子结构的影响[J]. 硅酸盐学报 2020(04)
    • [3].豪赌异质结[J]. 能源 2020(Z1)
    • [4].金刚石压砧助研二维异质结[J]. 超硬材料工程 2020(03)
    • [5].Bi_2Ti_2O_7/TiO_2异质结对盐酸四环素的光催化降解效果评价[J]. 南京师大学报(自然科学版) 2017(02)
    • [6].有机半导体的异质结(Hetero-junction)问题[J]. 影像科学与光化学 2010(02)
    • [7].单壁碳纳米管分子异质结的相干输运研究[J]. 中原工学院学报 2016(01)
    • [8].体异质结型聚合物太阳能电池中的微观形貌调控方法[J]. 化学进展 2017(04)
    • [9].多铁性异质结研究进展[J]. 华南师范大学学报(自然科学版) 2015(06)
    • [10].新型多铁层合异质结及其在可调微波器件中的应用[J]. 科学通报 2014(36)
    • [11].杂多酸异质结复合材料光催化降解印染废水的应用研究[J]. 科技风 2020(33)
    • [12].磁控溅射AlN:Mg/ZnO:Al异质结二极管及其光电特性的研究[J]. 电子器件 2011(05)
    • [13].FTO/TiO_2/ZnO/Cu_2O/Ag异质结电池的光电性能研究[J]. 功能材料与器件学报 2020(01)
    • [14].异质结复合光催化材料用于处理染料废水的研究进展[J]. 环境保护与循环经济 2019(06)
    • [15].二维材料异质结的可控制备及应用[J]. 科学通报 2017(20)
    • [16].基于高效体异质结的聚合物太阳电池研究[J]. 半导体光电 2014(04)
    • [17].碳纳米管对接成异质结器件的计算模拟[J]. 物理学报 2013(10)
    • [18].全固态Z-型CdS/Au/Bi_2MoO_6异质结的构筑及其光催化性能[J]. 无机化学学报 2020(01)
    • [19].Bi_2O_3/Bi_2WO_6异质结的构建及其光催化降解性能[J]. 商丘师范学院学报 2019(06)
    • [20].n-ZnO/i-ZnO/p-GaN异质结紫外探测器研究[J]. 电子世界 2016(14)
    • [21].稳态条件下体异质结有机太阳能电池的数值分析[J]. 郑州大学学报(工学版) 2013(04)
    • [22].有机太阳能电池的研究进展[J]. 佳木斯教育学院学报 2013(08)
    • [23].ZnO:Al/n-ZnO/p-GaN异质结电致发光特性研究[J]. 电子元件与材料 2012(10)
    • [24].新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究[J]. 物理学报 2012(20)
    • [25].AlGaN/GaN/AlGaN双异质结材料生长及性质研究[J]. 固体电子学研究与进展 2011(05)
    • [26].高效钙钛矿-有机本体异质结杂化串联太阳能电池（英文）[J]. 发光学报 2015(09)
    • [27].量子棒及其异质结的超低频拉曼光谱及有限元分析[J]. 光散射学报 2018(03)
    • [28].二维材料领域的“新大陆”——范德瓦尔斯异质结[J]. 物理 2017(05)
    • [29].采用横向外延过生长技术制备n-InP/p-Si异质结[J]. 半导体信息 2015(04)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  

    1.3μmGeSi/Si异质结光波导耦合器的设计与研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5