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引言% C6 _; \; O, Z C- O
硅基光电子互连正在通过高数据吞吐量和低功耗的特点，推动着数据通信技术的革新。在这些系统中，谐振调制器在密集波分复用(DWDM)链路中发挥着核心作用。这些调制器结合了波长选择性、小型化和能源效率三个特点，对下一代光通信具有重要意义。2 _0 d) w2 Z& V, q+ f; a
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器件架构与制造" x6 W5 F% d% W& a+ h3 [! d" G
垂直结微盘调制器的开发代表了硅基光电子技术的重大进步。这些器件在300毫米CMOS晶圆厂制造，与现有的半导体制造工艺完全兼容。这项创新的关键在于选择性衬底凹蚀工艺，显著提高了热效率。
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. ^) m0 b, F5 J$ N+ v图1：微盘调制器的全面展示：(a)显示凹蚀沟槽开口的器件布局和完全释放器件的扫描电镜图像，(b)硅图形化后的微盘调制器扫描电镜图像，(c)温度灵敏度仿真显示80度范围内的π/2相移，(d)释放器件的光学显微镜图像，(e)显示60 pm/V调制效率的电光耗尽响应，(f)显示宽自由光谱范围和Pπ = 8.4 mW的热光响应。1 \, R5 J4 ?1 m9 p" d
. |( C2 d/ p* H& F, N! p( J4 C( g: m- ]热管理与效率' M% D2 i/ \, W; t
硅基光电子器件面临的主要挑战之一是热管理。硅的强热光系数需要精确的温度控制以保持稳定运行。传统方法依赖集成微加热器，但这些加热器通常消耗约25 mW功率，对低功耗应用不利。本设计的突破在于选择性衬底凹蚀工艺，将热调谐效率提高了三倍以上。
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8 G# I0 e0 Q% X+ a) ^2 z" q" q性能特征
; o5 l8 a! ?( }- X- ~8 t7 Z9 k该器件实现了显著的性能指标。对于半径4.5微米的代表性器件，主要热学指标包括：' x _$ f( N/ o& M& B& n' Z
功耗(Pπ)为8.4 mW& b; ?! Y6 z( ^ K
工作电压(Vπ)为2.7 V, B' O( ? G- s! p; U# i" w5 k
调制效率约60 pm/V
% F" H! z* e/ U* _6 d) S热效率为0.67 mW/nm
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( Q" N1 ?9 i, T. n# e4 }. W3 f6 d垂直结设计使结与光学回廊模式之间的重叠最大化，在保持CMOS兼容电压水平的同时实现了优异的调制效率。设计包括盘内部的掺杂硅电阻，以及100纳米宽的全硅刻蚀，将加热器与结接触隔离。8 t! C* Y8 I, I/ w
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制造工艺与创新( [5 ]0 u' m8 X
制造工艺包含多个在晶圆级别执行的复杂步骤。器件通过AIM Photonics在300毫米晶圆上生产，特别考虑了凹蚀工艺。工艺包括：
3 N: X9 B! H5 R& T' m4 S, a3 g4 z在器件周围定义沟槽开口& v% Y; ]& O0 |) E$ L9 H% ]
使用掺杂硅电阻集成微加热器
" h, `9 X3 z7 N) g" ]实现100纳米宽硅刻蚀以隔离加热器
1 b* A* M! ]5 X6 W( R2 V* S使用感应耦合等离子体反应离子刻蚀进行选择性衬底凹蚀
& `; U' Y7 ]& u4 V6 u& R, J使用气相二氟化氙刻蚀进行最终释放/ u1 D! M, L; e8 e9 |+ }/ H
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未来展望% i" i% U! Z, T8 \. C
仿真结果表明，通过加热器几何结构优化，下一代设计的功耗可进一步降低到约3 mW，比当前标准提高了10倍。高效率、小型化和宽自由光谱范围的结合，使这些器件在未来DWDM硅基光电子链路中具有重要应用价值。
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8 n7 s5 W5 Z3 r: q4 `! m总结
: g$ ?3 k5 d9 C' j Z$ ?谐振调制器设计的创新标志着硅基光电子技术的进步。在保持CMOS兼容性的同时实现了记录性的热光效率，为高并行DWDM链路和光电共封装创造了新机遇。
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5 |: j7 @( `$ w. ~+ ^6 x! q0 k深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。& Z6 B: b$ O9 u. b! M& e
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