具有熱隔離和熱限制的支柱的集成熱光開關制造技術

本發明專利技術提供一種關于具有熱隔離和熱限制支柱(108)的熱光開關(100)的系統和方法，該系統和方法能夠增加光子集成芯片(PICs)的集成度、降低功耗、提高開關速度，并延長芯片壽命。一光波導(122)；與所述光波導(122)的表面熱接觸的電阻加熱器(110)；以及連接于所述光波導(122)的側面的多個熱流動限制支柱(108)，所述多個熱流動限制支柱(108)支撐所述光波導，以使所述光波導(122)通過所述光波導(122)與位于所述光波導(122)下方的襯底(114)之間形成的間隙與所述襯底(114)實質上熱隔離，所述支柱(108)限制熱量從所述光波導(122)流向支撐所述支柱(108)的支撐結構。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利說明】本申請要求享有于2014年3月5日提交的、申請號為14/197，301、名稱為"具有熱隔 離和熱限制的支柱的集成熱光開關"的美國專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合 在本申請中。
本專利技術設及一種熱光開關，尤其設及一種熱隔離熱光開關的系統和方法。
技術介紹
光開關是一種可使光纖或集成光路（IOCs)中的信號可選擇地從一個光路切換到 另一光路的開關。它們廣泛應用于電信產業。1x2和/或2x2光開關是波分復用(WDM)系統中 的重要組件，尤其是在可重配置的結構中。光網絡具有超大的容量，但是光傳輸設備的高封 裝成本限制了光網絡的應用。增加集成度能夠降低光子集成電路(PICs)和封裝的成本。高 集成度可W通過降低各光學組件的功耗來實現。因此，需要開發一種超低功耗的光開關。
技術實現思路
依照本專利技術的一個實施例，一種熱光開關包括光波導；與所述光波導的表面熱接 觸的加熱電阻絲；W及連接于所述光波導的側面的多個熱流動限制支柱，所述多個熱流動 限制支柱支撐所述光波導，W使所述光波導通過所述光波導與位于所述光波導下的襯底之 間形成的間隙與所述襯底實質上熱隔離，所述支柱限制熱量從所述光波導流向支撐所述支 柱的支撐結構。 依照本專利技術的一個實施例，一種用于控制光信號的網絡組件包括:處理器;連接于 所述處理器的接收器；W及連接于所述接收器的光子集成電路(PIC)，所述PIC包括多個熱 光開關，各所述熱光開關包括:光波導；與所述光波導的表面熱接觸的加熱電阻絲；W及連 接于所述光波導的側面的多個熱流動限制支柱，所述多個熱流動限制支柱支撐所述光波 導，W使所述光波導通過所述光波導與位于所述光波導下的襯底之間形成的間隙與所述襯 底實質上熱隔離，所述支柱限制熱量從所述光波導流向支撐所述支柱的支撐結構。 依照本專利技術的一個實施例，一種光子集成電路(PIC)包括多個光輸入；W及連接于 所述輸入的多個熱光開關，各所述熱光開關包括:光波導;與所述光波導的表面熱接觸的加 熱電阻絲；W及連接于所述光波導的側面的多個熱流動限制支柱，所述多個熱流動限制支 柱支撐所述光波導，W使所述光波導通過所述光波導與位于所述光波導下的襯底之間形成 的間隙與所述襯底實質上熱隔離，所述支柱限制熱量從所述光波導流向支撐所述支柱的支 撐結構。【附圖說明】 為了更完整地理解本專利技術W及本專利技術的優點，現結合附圖進行描述，其中：[000引圖1為一實施例的熱光開關元件的俯視圖； 圖2為一實施例的熱光開關元件沿A-A線的剖視圖； 圖3為一實施例的熱光開關元件沿B-B線的剖視圖； 圖4示出了一實施例的熱流動限制支柱；圖5示出了一實施例的1X2MZI TO開關的平面俯視圖；[001引圖6示出了 一實施例的顯示熱阻RthSi日2圖示的熱流動限審Ij支柱； 圖7示出了一實施例的MZI TO開關的一個臂和相鄰開關的一部分的細節示意圖； 圖8-10示出了一實施例的標記有等效電路的TO開關元件； 圖11示出了一實施例的TO開關元件的等效電路； 圖12為一實施例的光子集成電路(PIC)的方框圖；W及 圖13為一實施例的光數據路由器的方框圖。【具體實施方式】 W下對本專利技術優選實施例的制作和應用進行詳細討論。但應理解的是，本專利技術提 供了許多可應用的專利技術構思，其可W體現在各種特定的環境中。所討論的具體實施例僅是 為了說明制造和使用本專利技術的具體方式，并不限制本專利技術的范圍。 當前的PIC忍片包括馬赫-岑德爾干設儀(MZI)型熱光(TO)開關，其開關單元尺寸 約為200微米(皿）X 530皿(即約0.106mm2)。運種開關的功耗約為20-40毫瓦特(mW)。本專利技術 實施例中公開的光開關，各開關單元尺寸約為IOOjim X 400]im，開關功耗約為0.3-0.5mW，使 得每個忍片上可集成超過6000個開關。 相比于現有技術的光開關，本專利技術公開的光開關明顯降低了改變開關狀態所需的 功耗。進一步地，相比于現有技術的光開關，本專利技術實施例中公開的光開關增加了光開關的 密度，降低了切換時間和光開關的插入損耗，并且提高了光開關的機械穩定性和操作壽命。 本專利技術公開的是一種包括用于支撐相位調諧元件的熱流動限制支柱的熱光開關， 或一種在二氧化娃(Si〇2)(也稱為娃石)上具有減少熱量的深溝槽W將熱流動限制支柱彼 此熱隔離的熱光(TO)開關元件。運提供了具有增強的高熱阻值(Rth)路徑的裝置，增加了 TO 開關元件的熱量限制，由此實現了整體功耗和器件尺寸的減小。 圖1為一實施例的熱光開關元件100的俯視圖。圖2為一實施例的熱光開關元件沿 A-A線的剖視圖。圖3為一實施例的熱光開關元件沿B-B線的剖視圖。TO開關元件100包括娃 襯底114、二氧化娃層102、104、實質上獨立的絕緣娃片（SOI)波導122、W及覆蓋該SOI波導 122的一部分的熱條式加熱器110。在一個實施例中，熱條式加熱器110是金屬，例如銷。在一 個實施例中，熱條式加熱器110約為200納米(nm)，其寬度約為2.9微米，長度約為100微米。 在一個實施例中，該TO開關元件100包含于馬赫-岑德爾干設儀(MZI)型TO開關中。在一個實 施例中，熱條式加熱器110覆蓋SOI波導122的頂部的一部分，其中頂部表示與襯底所在的、 被認為是底面相對的面。在其他實施例中，熱條式加熱器110也可W位于SOI波導122除頂部 之外的其它一面上。 SOI波導122包括內嵌于二氧化娃包層120的娃忍106,并由多個熱限制支柱108支 撐，W使該SOI波導122通過間隙和溝槽116與周圍的二氧化娃包層102、104W及娃襯底114 實質上熱隔離。支柱108為SOI波導122提供穩定性，同時實質上最小化熱接觸面積，從而減 少流入二氧化娃區域102、104和娃襯底114的熱量。間隙和溝槽116可為真空或者可W被不 傳導熱量的材料填充，例如空氣。如圖2所示，支柱108的一部分位于娃柱上。在一個實施例 中，支柱108從二氧化娃區域102、104向該SOI波導122的側面延伸，使得接觸該SOI波導122 的面積實質上小于該支柱108另一端的面積。在一個實施例中，支柱108實質上為梯形形狀 或結構。在其它實施例中，支柱108實質上為圓錐形形狀或結構。該熱限制支柱108最小化了 與SOI波導122的熱接觸，從而大幅減少了從該SOI波導122流入二氧化娃包層102、104和娃 襯底114的熱量。該熱限制支柱108還可W提高TO開關的機械穩定性使用壽命。熱限制支柱 108被連接到位于襯底116上方的支撐結構130。 在一個實施例中，SOI波導122的底部(例如，最接近娃襯底的部分)不與娃襯底接 觸，并且除基本不傳導熱量的材料W外，例如空氣，不與任何材料熱接觸。在一個實施例中， 除支柱108與該SOI波導122接觸的小面積外，該SOI波導122的側面不與二氧化娃區域102、 104熱接觸，。在一個實施例中，該SOI波導122的端部124、126可與另一波導或其它材料接 觸。 在一個實施例中，SOI波導122的寬度W為約2.0微米至約3.0微米之間。在另一個實 施例中，SOI波導122的寬度W為約2.9微米。在一個實施例中，SOI波導122的高度h為約1.5微 米本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱光開關，其特征在于，包括：光波導；與所述光波導的表面熱接觸的加熱電阻絲；以及連接于所述光波導的側面的多個熱流動限制支柱，所述多個熱流動限制支柱支撐所述光波導，以使所述光波導通過所述光波導與位于所述光波導下的襯底之間形成的間隙與所述襯底實質上熱隔離，所述支柱限制熱量從所述光波導流向支撐所述支柱的支撐結構。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：德瑞坦·瑟婁，
申請(專利權)人：華為技術有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44