面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件及其集成技术研究 -(9)

研究内容 预期目标 针对项目所要解决的关键科学问题1)设计出光子晶体慢光效应及等离和技术问题开展进一步深入研究。 激元互作用机制下的边发射硅基混边发射硅基混合集成1)根据国内外进展情况及前期实验合集成激光器。输结果，对光子晶体和等离激元在激光激光器在性能上得到进一步提升，器上的应用进行深入分析，力争在结出功率达到亚mW量级。 构上有所突破，找到适合高密度光子2）基于新型微纳光子结构完善前期消集成的有效途径。对激光器进行优化设计,将调制速率提高到25Gbps，设计，重点针对单纵模和出光效率展光比大于5dB，在标准化CMOS工艺开优化实验，提高边模抑制比，调整线上进行流片，完成工艺对接。 激光器输出波长在光纤低损耗窗口。 3）进一步优化器件结构，提高耦合继续开展整个项目中所要提供集成效率，将探测器响应度提高到0.5A/W,并实现InP与Si的高质量键芯片上的光源配臵研究。 建立高速微纳波导探测器测试方2）重点针对调制功耗和消光比进行合。第 优化，研究级联光学微腔等新型光子法和系统。 4）采用CMOS集成技术实现硅基 结构的耦合方式、Q值、色散、相移、光交换阵列四 群折射率等特征参数与调制器功耗8X8高速电光开关阵列， 和消光比的关联性。在上一年度工作的交换延迟时间2～5ns，消光年 基础上，对工艺过程进行深入的分比>15dB。 析，改进相关的工艺流程，初步开展5）完成体系结构中光交换技术方案标准化CMOS硅基电光调制器的流的研究，形成技术方案报告，技术方片工作；研究调制器与其他核心器件案报告主要包括胖树拓扑结构、光交的集成工艺，研究调制器芯片与常规换电控制结构、光交换阵列为光纤的高效耦合，并进行实验验证。 16X16，光交换阵列的总带宽为单向3）基于以上关键科学和技术问题的 12.8Tbps等； 研究，优化光电探测器带宽和灵敏度发表高水平论文40篇左右，申请设计参数，研究微纳波导结构与硅材6） 料的混合集成，设计波导结构的键合专利20项左右，培养研究生20名。方案和流程，研究键合实验中的技术参数和条件。建立微纳波导结构高速光电探测器测试方法和系统，测试探测器的主要性能参数。

研究内容 4）利用集成工艺制备高速电光开关阵列。 预期目标 5）研究光传输网络和电控制网络的功能融合和协同工作机制；进行胖树型、Torus型、Mesh型和全互连型拓扑结构性能的比较分析。 1)根据项目整体要求，深入解决芯片全面完成项目任务，具体如下： 中的光源集成，重点研究新型微纳激1)建立用于微纳光电子器件仿真的用于新型微光器与整个芯片的兼容问题。对集成四维时空并行仿真平台，光源进行系统级优化，包括波长分纳光电子器件的分析与设计。 配、散热、电极排布、隔离等。对仿2) 设计出光子晶体慢光效应及等离激元互作用机制下的边发射硅基混真技术、键合技术、微纳加工技术、倏逝场耦合硅波导输异质集成技术及表征测试技术进行合集成激光器。系统总结，针对项目总体要求和课题出，输出波长在1.3μm或1.5μm波段，输出功率mW量级；揭示基于特第 最终指标，进行最后冲刺。 2）完成课题提出的微纳结构高速低殊表面处理的低温键合技术中的物进行键合界面及附近光五 功耗调制器设计，反馈前期流片结理化学机制， 果，在标准化CMOS硅基光子工艺平学与电学特性的科学表征。 年 台上研制出达到课题预定指标的器3)完成调制器设计，在标准化CMOS件；在简单的硅基集成系统中测试器线上制作出全面达到课题指标的器件性能，针对系统需要，适当改进器件，研制出速度≥25Gb/s，消光比件设计（如果仍有指标未能到达设计≥5dB，尺寸≤0.5mm×2mm的适于集要求，则进行再次流片）。建立系统成化调制器阵列，根据系统集成需要验证实验平台，完成光子芯片系统集做出改进，初步研制出硅基光子集成成，演示芯片的功能，总结课题研究芯片原型。 工作，特别是CMOS硅基调制器的制4）制备出硅基混合集成微纳光电探备和集成技术。

研究内容 预期目标 3）制备出硅基混合集成微纳结构光测器，技术指标全面达到要求：响应电探测器，器件指标全面达到预期目波长1.3-1.6um，在1.55um处响应度标，用于芯片系统验证。研究探测器达到0.5A/W，工作电压小5V,带宽与项目内其它光子器件的集成兼容达到25GHz。 问题。通过课题间的紧密合作，在芯5）采用CMOS集成技术实现硅基片预留区域制备探测器结构材料。 16X16高速电光开关阵列；硅基光交4）研究硅基微纳光电子器件整体方换矩阵延迟时间2～5ns。 案；研究基于网络演算的超结点光交6）完成基于网络演算的超结点光交换网络的性能分析验证方法；研究超换网络的性能分析验证方法研究，形高带宽低功耗的光电并行双层体系结构； 成研究报告；完成超高带宽低功耗的光电并行双层体系结构研究，形成研5）总结课题研究进展及全部结果，究报告。 准备课题验收。 7)发表高水平论文35篇，申请专利10项，培养研究生20名，博士后2位。