MEMS静电驱动的2×2硅基波导光开关

为了突破目前热光波导光开关开关速度慢、热量易积累、器件功耗高，电光波导光开关传输损耗高，以及现有传统光子集成电路波导光开关器件普遍存在的反馈控制复杂、难以实现大阵列规模应用且工作带宽较窄等问题，以满足未来片上全光交换技术对快响应、低功耗、宽带、低成本、可实现大阵列规模制备应用的光开关器件为需求，开展基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)驱动的硅基波导光开关器件研究。基于硅光波导技术和微机电技术交叉融合，设计并制备了一种可实现光信号路由功能的MEMS静电驱动2×2硅基波导光开关（硅光MEMS光开关）。通过电子束光刻配合互补氧化物金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺实现硅光波导和MEMS微执行器在硅晶圆上的一体化集成制备。器件在192 μm×192 μm尺寸下实现了2×2光开关功能，开关响应速度达到20 μs及15 μs，光信号上升沿及下降沿时间分别为15 μs和10 μs。在1550 nm消光比达到35 dB，插入损耗为−0.8 dB，在1500 nm~1600 nm波段消光比超过20 dB，器件在开启状态的保持功耗低于0.5 μW。测试结果表明该硅光MEMS光开关响应速度快、调制功耗低、宽带性能良好，在现有工艺平台下可实现大规模阵列化制备且控制方式简单，在未来片上全光交换领域具有较大的应用价值。