一種基于微納光纖的新型光互連芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明提供了一種新型片上光互連結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種基于微納光纖的新型光互連芯片，屬于光互連技術領域。
【背景技術】
[0002]集成電路是將大量元件集成在公共基底上以執(zhí)行特定功能的器件。集成電路的性能關鍵取決于所采用的互連方式，在計算機及通信系統(tǒng)中，互連消耗的功率要占系統(tǒng)總消耗功率的60% — 80%。隨著集成電路芯片尺寸的減小，集成元件數(shù)量的持續(xù)增加，電互連在運行速度、封裝密度、功耗、散熱、串擾及頻率相關損耗等方面均面臨發(fā)展瓶頸。
[0003]光互連能支持超快的運行速度、高互連密度、低功耗、無需散熱、可并行連接，與電互連相比極具優(yōu)越性；使用光波還可避免頻率相關損耗及電磁串擾問題；而波分復用技術則更大大提高了光互連的帶寬密度。目前已提出或演示的光互連技術有自由空間光互連、平面波導光互連及光纖光互連等。
[0004]自由空間光互連能極大增加互連數(shù)量及互連密度，在系統(tǒng)與系統(tǒng)，基板與基板之間的互連上具有優(yōu)勢。其局限性在于，需三維光準直，串擾大，對于系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性要求嚴格，令其不適于在惡劣環(huán)境中應用。
[0005]平面波導光互連是一種基于硅基光學的芯片內(nèi)光互連技術，具有巨大的潛力。因波導內(nèi)的光信號不受相鄰波導信號影響，信道的密度可大為增加。同時，平面波導光互連技術僅需二維光準直，相比于自由空間光互連系統(tǒng)更加小巧結(jié)實，串擾低。制約平面波導光互連發(fā)展的因素在于缺乏可用的芯片內(nèi)光源，以及傳輸損耗較大；芯片內(nèi)光互連系統(tǒng)尚缺乏緊湊的可調(diào)裝置如反射鏡等，這些器件難以制作或成本過高。
[0006]光纖光互連是一種更為簡單、靈活、傳輸耗損低的光互連技術方案，它可支持超大信息容量，僅受限于色散。光纖互連方式大大降低了自由空間光互連對機械穩(wěn)定性的要求，提高了光輸入、輸出芯片時的耦合效率，克服了平面波導光互連的技術瓶頸。
[0007]雖然光纖應用于基板對基板和芯片對芯片的連接早有報道，但在進行芯片內(nèi)光互連方面仍有許多挑戰(zhàn)。普通單模光纖的直徑為125微米，這使得芯片內(nèi)互連密度較低，與電互連相比，優(yōu)勢不大；另外，受傳輸損耗的限制，光纖的典型彎曲半徑停留在厘米量級，這極大地限制了光互連系統(tǒng)小型化的發(fā)展。
[0008]微納光纖的出現(xiàn)為這個問題的解決帶來了希望。微納光纖可由普通單模光纖通過恪融拉錐或激光加熱等技術制成，它具有低至0.001dB/mm的插入損耗，直徑可小至20nm。由于具有極小的尺寸和極強的光束縛能力，微納光纖可在保持較低傳輸損耗的同時減小彎曲半徑達到微米量級，兼具易于耦合及連接損耗低的特點。這些特點使微納光纖具有高度的靈活性，方便進行組合布置，使基于微納光纖的器件和系統(tǒng)易于操控以構(gòu)成復雜的拓撲結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于微納光纖的新型光互連芯片，該芯片采用新型獨特的光互連結(jié)構(gòu)設計，性能與硅光波導相似，卻具有更低的傳輸損耗及更高的路由選擇靈活度。與普通單模光纖相比，能極大地增加片上光互連密度，結(jié)合光波分復用技術，在提高互連密度、降低傳輸損耗以及加強結(jié)構(gòu)靈活性方面具有巨大潛力。
[0010]本發(fā)明的基于微納光纖的新型光互連芯片，是在基底材料上刻有一組平行的橫向溝槽和一組平行的縱向溝槽，在橫向溝槽內(nèi)嵌入用于傳輸?shù)牡谝晃⒓{光纖，在兩條橫向溝槽間的縱向溝槽內(nèi)嵌入用于耦合的第二微納光纖，第二微納光纖將上述兩條橫向溝槽內(nèi)的兩根第一微納光纖連通形成波導通道。
[0011]為更有效地將傳輸光束縛在微納光纖中，減小光傳輸?shù)膿p耗，所述的基底材料采用折射率小于光纖折射率1.44的材料，作為優(yōu)選，可采用折射率為1.39的氟化鎂。
[0012]所述的橫向溝槽及縱向溝槽的寬度均不大于5微米，深度均不小于I微米；第一微納光纖與第二微納光纖的直徑均為I微米以下。采用直徑小的微納光纖，可有效降低光傳輸損耗，有利于提高片上光互聯(lián)密度。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的芯片采用獨特的片上光互連結(jié)構(gòu)，具有極低的傳輸損耗及極高的路由選擇靈活度，能極大地增加片上光互連密度，結(jié)合光波分復用技術，在提高互連密度方面具有巨大潛力。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的基于微納光纖的新型光互連芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是一種互連耦合結(jié)構(gòu)的部分路由實驗結(jié)果。
[0016]圖3是另一種互連耦合結(jié)構(gòu)的部分路由實驗結(jié)果。
[0017]圖4是第三種互連耦合結(jié)構(gòu)的部分路由實驗結(jié)果。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]參照圖1，本發(fā)明的基于微納光纖的新型光互連芯片，是在基底材料I上刻有一組平行的橫向溝槽2和一組平行的縱向溝槽3，在橫向溝槽內(nèi)嵌入用于傳輸?shù)牡谝晃⒓{光纖4，在兩條橫向溝槽之間的縱向溝槽內(nèi)嵌入用于親合的第二微納光纖5，第二微納光纖5將兩條橫向溝槽內(nèi)的兩根第一微納光纖連通形成波導通道。所述的基底材料I采用折射率小于1.44的材料，如:氟化鎂；所述的橫向溝槽及縱向溝槽的寬度均不大于5微米，深度均不小于I微米，嵌入溝槽內(nèi)的第一微納光纖與第二微納光纖的直徑均為I微米以下。
[0020]采用4厘米X4厘米的氟化鎂片作為基底材料，在其上用飛秒激光微加工技術制作寬度不大于5微米，深度不小于I微米的橫向溝槽及縱向溝槽，在橫向溝槽內(nèi)嵌入第一微納光纖，作為傳輸光纖，在兩條平行的第一微納光纖之間的縱向溝槽內(nèi)嵌入耦合用的第二微納光纖，用于將上述兩條第一微納光纖連通，通過控制耦合用的第二微納光纖的纏繞方向可以選擇路由，獲得多種波導通道，實現(xiàn)片上光互連，如圖2-4所示，分別為采用三種不同纏繞方向互連耦合結(jié)構(gòu)的部分路由實驗結(jié)果，圖2為光由一橫向溝槽端口 I入射，由同溝槽的端口 2出射，同時經(jīng)第二微納光纖耦合，由另一橫向平行溝槽端口 4出射；圖3為光由一橫向溝槽端口 I入射，由同溝槽的端口 2出射，同時經(jīng)第二微納光纖親合，由另一橫向溝槽端口 3出射；圖3為光由一橫向溝槽端口 I入射，由同溝槽的端口 2出射，經(jīng)兩條第二微納光纖分別親合，同時由另一橫向溝槽端口 3和端口 4出射。
【主權(quán)項】
1.一種基于微納光纖的新型光互連芯片，其特征在于，該芯片是在基底材料(I)上刻有一組平行的橫向溝槽(2)和一組平行的縱向溝槽(3)，在橫向溝槽(2)內(nèi)嵌入用于傳輸?shù)牡谝晃⒓{光纖(4)，在兩條橫向溝槽(2)間的縱向溝槽(3)內(nèi)嵌入用于親合的第二微納光纖(5)，第二微納光纖(5)將上述兩條橫向溝槽內(nèi)的兩根第一微納光纖連通形成波導通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微納光纖的新型光互連芯片，其特征在于，所述的基底材料(I)采用折射率小于1.44的材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微納光纖的新型光互連芯片，其特征在于，所述的基底材料(I)為氟化鎂。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微納光纖的新型光互連芯片，其特征在于，所述的橫向溝槽(2)及縱向溝槽(3)的寬度均不大于5微米，深度均不小于I微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微納光纖的新型光互連芯片，其特征在于，所述的第一微納光纖(4)與第二微納光纖(5)的直徑均為I微米以下。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微納光纖的新型光互連芯片，該芯片是在基底材料上刻有平行的橫向溝槽和平行的縱向溝槽，在橫向溝槽內(nèi)嵌入用于傳輸?shù)牡谝晃⒓{光纖，在兩條橫向溝槽間的縱向溝槽內(nèi)嵌入用于耦合的第二微納光纖，第二微納光纖將上述兩條橫向溝槽內(nèi)的兩根第一微納光纖連通，形成波導通道。本發(fā)明的光互連芯片性能與硅光波導相似，卻具有更低的傳輸損耗及更高的路由選擇靈活度。與普通單模光纖相比，能極大地增加片上光互連密度，結(jié)合光波分復用技術，在提高互連密度方面具有巨大潛力。
【IPC分類】G02B6/293
【公開號】CN105093418
【申請?zhí)枴緾N201510526221
【發(fā)明人】王東寧, 徐賁
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月25日