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SOI光波导器件前沿研究光电信息学院赵正松2011059050025摘要：SOI（Silicon-on-insulator绝缘衬底上的硅）是一种折射率差大、波导传输损耗小的新型材料，SOI基光电子器件具有与微电子工艺兼容、能够实现OEIC单片集成等优点，近年来随着SOI晶片制备技术的成熟,SOI 基波导光波导器件的研究日益受到人们的重视.介绍了弯曲波导、光耦合器、可调谐光衰减器、光调制器和光开关等常见的SOI基光波导器件的一些研究进展。
引言：光纤通讯网络中，波分复用（WDM）是提高传输速率和扩大通讯容量的理想途径:通过在单根光纤中多个波长的复用，可以充分利用光纤巨大的带宽资源,实现不同数据格式信息的大容量并行传输，同时又可降低对器件的超高速要求。
在WDM网络中，网际间交叉互联（OXC）光信号上下载路（OADM）,以及波长变换等关键技术的实现使得WDM 网络具有高度的组网灵活性、经济性和可靠性。
在WDM光网络中，网际OXC和节点OADM功能是最核心的技术，光滤波器、光耦合器、光开关、可变光衰减器、波长变换器、复用与解复用器等是最关键的器件[1].在基于各种材料的光波导器件中,硅基光波导器件格外引人注目。
硅基光波导材料有SOI絶缘体上的硅）、SiO2/Si和SiGe/Si等多种.硅基光波导的优势在于:硅片尺寸大、质量高、价格低;硅基光波导材料具有较大的折射率差，便于缩小器件尺寸和实现平面光波回路（PLC单片集成；电学性能好，易于控制, 具备光电混合集成的潜力;机械性能好,加工方便,可以光刻腐蚀成各种三维光波导结构；硅的热导性和热稳定性好,可以直接用作集成芯片的热沉,器件封装结构简单.最重要的是硅的加工工艺与传统微电子工艺兼容,适合低成本制作硅基光电子集成（OEIC芯片。
本文主要研究的SOI硅基光波导材料全名为Silicon On Insulator是指硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在Silicon （硅）晶体管之间，加入绝缘体物质，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。
SOI技术的应用阮雄飞09电科2009118216摘要：SOI即绝缘衬底上的硅，也称为绝缘体上的硅。
SOI技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层，是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料。
它通过绝缘埋层（通常为SiO）实现了器件和衬底的全介2质隔离。
有关专家预测，在2012年之后，硅材料无论在质量还是在数量上，以及在直径增大上，都将上一个新的台阶。
现在的电子产品使用SOI材料的趋势将会继续下去，并且SOI覆盖面将会越来越广，可以说，SOI有良好的发展前景。
SOI技术适应范围很广，除了在集成电路中使用外，还被用于微光机电MEMS系统的制造，如3D反射镜阵列开关。
现在，科学家已经开始基于SOI 技术的光通信器件、微机械、传感器和太阳能电池的研发。
东芝研发中心、Atmel 公司、NXP等著名电子材料研发公司已经着力SOI技术的研究和革新，SOI技术正在日新月异地发展中。
因为SOI材料相比于其他硅材料的巨大优点，以及技术进步和市场驱动日益推动着SOI材料的商品化，SOI材料正在以强盛的势头发展着。
随着国际信息产业的迅猛发展，作为半导体工业基础材料的硅材料工业，尤其是SOI材料工业也将随之强势发展。
一、SOI技术在光电子学中的应用SOl材料应用于光电子学中制作光波导器件具有很多优点：SOI光电子工艺与标准的CMOS工艺完全兼容，为实现高集成度的光电子回路提供了可能；SOI材料具有很好的导波特性，传输损耗小；导波层硅和限制层二氧化硅之间的折射率差很大，单个器件有可能做得很小，有利于大规模集成；制备技术成熟多样，成本低廉[1]。
热光器件指的是利用材料的热光效应所制成的光波导器件。
所谓热光效应是指光介质的光学性质(如折射率)随温度变化而发生变化的物理效应。
SOI热光开关的响应速度比其他材料如SiO：和聚合物的要快，可以达到微秒量级甚至更小。
在大规模开关阵列研究方面，中科院半导体所[2]报道了16×16光开关阵列。
SOI结构M—Z型调制器的有限元法分析
赵策洲;刘恩科
【期刊名称】《电子科学学刊》
【年(卷),期】1997(019)001
【摘要】本文提出了采用有限元法分析SOI(Silicon on Insulator)结构M-
Z(Mach-Zehnder)干涉型调制器的新方法。
该方法在大截面单模SOI脊形波导理论的基础上,根据等离子体色散效应分析了这种调制器的电光调制机理;根据有限元法分析了p^+n结大注入时该调制器的电学性质,从而为实际研制成这种干涉型调制器打下了理论基础。
【总页数】4页(P141-144)
【作者】赵策洲;刘恩科
【作者单位】西安交通大学电子工程系;西安交通大学电子工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN256
【相关文献】
1.光发射机中MZ型波导调制器产生CTB的分析 [J], 蒋洪涛;查开德
2.基于SOI悬浮波导的中红外热光调制器的分析 [J], 檀亚松;余辉;郝寅雷;杨建义;江晓清
3.SOI热光开关调制区结构与速度和功耗关系的有限元法分析 [J], 刘敬伟;王小龙;陈少武;余金中
4.X切Ti：LiNbO_3调制器的有限元法分析 [J], 靳晓民;吴伯瑜;张军;张克潜
5.基于有限元法的新结构LiNbO_3电光调制器的分析与优化 [J], 王皓;胡森;李志扬
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8寸soi硅光晶圆键合8寸铌酸锂晶圆下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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硅基光电子学中的SOI材料陈媛媛【摘要】SOI material is an important kind of optical waveguide materials for silicon-based optoelectronics applications. In this paper,the common preparation methods of SOI materials,including SIMOX-SOI,BE-SOI,Smart Cut,are introduced at first and their different characteristics are compared. Then, the common technology to make optical waveguide using SOI materials,including photolithography and etching,are introduced. Among which,the etching technology is divided into wet-etching and dry-etching.%SOI材料是近年来应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料.本文首先简要介绍了常见的SOI材料的制备方法,包括注氧隔离(SIMOX-SOI)、硅键合背面腐蚀(BE-SOI)和注氢智能剥离(Smart Cut)等,并比较了它们各自的特点和优劣.其次介绍了SOI材料加工制造波导的基本工艺,包括光刻和刻蚀,其中刻蚀又分为干法刻蚀和湿法腐蚀.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)009【总页数】5页(P943-947)【关键词】硅基;光电子学;SOI;光波导材料;光波导器件【作者】陈媛媛【作者单位】北京工商大学计算机与信息工程学院,北京100048【正文语种】中文【中图分类】TN2521 引言SOI材料早期主要是应用于微电子学技术中，利用SOI材料可以制作各种高性能及抗辐射电子电路。
SOI及其制备工艺2023-11-11•SOI简介•SOI制备工艺概述•SOI制备主要方法•SOI制备工艺比较与优化•SOI的应用和展望•SOI制备工艺案例分析01 SOI简介SOI的起源和发展SOI（Silicon-On-Insulator）技术起源于20世纪80年代，是一种在半导体衬底上生长硅单晶层的技术。
它最初是为了解决集成电路中互连线的寄生效应和器件隔离问题而提出的。
随着技术的发展，SOI在微电子、光电子、MEMS等领域的应用逐渐广泛。
在发展初期，SOI主要采用离子注入法、热氧化法等工艺。
随着技术的进步，为了提高生产效率和降低成本，人们开始采用更为先进的工艺，如外延生长法、化学气相沉积（CVD）等。
近年来，随着三维集成技术的兴起，SOI在三维集成中的应用也变得越来越重要。
SOI的基本结构和特点SOI的基本结构和特点SOI具有以下特点隔离性能好：由于中间氧化层的存在，SOI器件之间几乎无耦合和寄生效应，性能更稳定。
高速度、低功耗：由于顶层硅单晶层的电阻率较低，且无晶格失配等问题，SOI器件具有高速度、低功耗等优势。
抗辐射性能好可实现三维集成SOI的基本结构和特点•SOI技术广泛应用于微电子、光电子、MEMS等领域。
在微电子领域，SOI已成为高可靠、高性能集成电路的重要支撑技术之一，如CPU、FPGA、ASIC等。
在光电子领域，SOI可应用于光波导器件、光调制器等。
在MEMS领域，SOI可应用于微机械结构、微流体等。
此外，SOI技术还可应用于传感器、执行器等物联网器件中。
SOI的应用领域02SOI制备工艺概述硅片的制备化学气相沉积(CVD)外延法结晶法用干燥的氧气在高温下氧化硅片表面。
湿法氧化用湿的化学物质在高温下氧化硅片表面。
CVD法外延法干法剥离湿法剥离剥离工艺03SOI制备主要方法注氧隔离（SIMOX）工艺030201智能剥离（Smart Cut）工艺悬空薄膜（HARP）工艺材料制备的SOI芯片质量较高，可实现动态调制，且剥离后表面质量较好。
soi硅片光学参数SOI硅片光学参数硅上绝缘体（SOI）是一种先进的半导体材料，具有许多优势和应用领域。
在光学领域中，SOI硅片的光学参数对于其性能和应用至关重要。
SOI硅片的折射率是衡量其光学性能的重要参数之一。
折射率是光在介质中传播速度与光在真空中传播速度的比值。
SOI硅片的折射率通常在1.45至3之间，这取决于硅片的厚度和材料的折射率。
较高的折射率可以增加光的传播速度，从而提高传感器和光学器件的灵敏度和响应速度。
SOI硅片的透过率也是一个重要参数。
透过率是指光线通过材料时被材料吸收和散射的程度。
SOI硅片通常具有较高的透过率，可达到90%以上。
这使得SOI硅片非常适合用于光学器件和传感器中，可以最大限度地利用光的能量。
SOI硅片的色散特性也是需要考虑的光学参数之一。
色散是指不同波长的光在介质中传播速度不同，导致光的波长发生偏移的现象。
SOI硅片通常具有较小的色散，这意味着它可以在广泛的波长范围内工作，并保持光的波长不变。
这对于光学通信和波长分复用等应用非常重要。
SOI硅片的热导率也是一个重要的光学参数。
热导率是指材料传导热量的能力。
SOI硅片通常具有较高的热导率，这使得它在高功率光学器件中具有优势。
高热导率可以有效地将器件产生的热量传导出去，保持器件的稳定性和可靠性。
SOI硅片的表面粗糙度也是一个需要考虑的光学参数。
表面粗糙度会导致光在材料表面发生散射，降低光的透过率和传播性能。
SOI 硅片通常具有较低的表面粗糙度，可达到几纳米的级别。
这使得SOI硅片非常适合用于高精度光学器件和光学元件。
SOI硅片的光学参数包括折射率、透过率、色散特性、热导率和表面粗糙度等。
这些参数对于SOI硅片在光学器件和传感器中的应用起着重要的作用。
通过合理选择和优化这些参数，可以提高SOI硅片的性能和应用范围，推动光学技术的发展。
SOI的名词解释SOI，具体指的是“Silicon-on-Insulator”的缩写，即绝缘体上的硅。
这是一种在硅晶片上使用绝缘层作为衬底的技术，在当今集成电路领域中扮演着重要的角色。
SOI技术的应用使得硅晶片能够更好地实现高性能、低功耗和高集成度。
一、SOI技术的背景早期的集成电路技术中，晶片是建立在硅衬底上的，通过封装和接线实现电路功能。
然而，随着晶体管不断缩小，硅晶片上的晶格缺陷和热漂移等问题日益凸显。
SOI技术的出现为这些问题提供了解决途径。
二、SOI技术的原理SOI技术利用一层薄薄的绝缘层（通常是二氧化硅）将硅层和衬底层隔离开来，形成硅层-绝缘层-衬底层的结构。
绝缘层的存在可以有效地减少晶格缺陷，同时提高硅层的电子迁移率。
这样一来，SOI技术改善了晶体管的性能，并且降低了漏电流，从而减少了功耗。
三、SOI技术的优势1. 提高性能：SOI技术减少了晶格缺陷和跨区晶体管的互相影响，从而提高了晶体管的开关速度和导通电流。
2. 降低功耗：SOI技术的绝缘层减少了电路中的漏电流，可以降低功耗，延长电池使用寿命。
3. 减少互损耗：在传统晶片中，晶体管之间会相互干扰，导致互损耗。
而SOI技术中的绝缘层有效隔离了晶体管，减少了互损耗。
4. 抗辐射能力强：绝缘层可以有效阻止辐射对晶体管的影响，提高了晶体管的抗辐射能力。
这使得SOI技术在航空航天和核电等领域有较广泛的应用。
四、SOI技术的应用领域1. 移动设备：SOI技术的低功耗和高性能特点，使其成为用于手机、平板电脑等移动设备制造的理想选择。
2. 高性能计算：SOI技术的高开关速度和较低的能耗，使其在高性能计算领域中被广泛采用，用于构建超级计算机等。
3. 高频通信：SOI技术可以实现高频信号的快速传输，并且具有较低的功耗和较好的抗干扰能力，因此在无线通信和射频电路领域有着重要的应用。
4. 光电子器件：SOI技术可以实现光电子器件的集成，例如光调制器、光放大器等，推动了光子学在通信和传感器等领域的应用。
SOI集成光波导器件的基础研究随着光通信和光电子技术的飞速发展，集成光波导器件在光信息处理、光传感、光互联等领域具有广泛的应用前景。
在各种集成光波导器件中，基于硅基材料的光波导器件因其在高速、低损耗、抗电磁干扰等方面的优势，成为当前的研究热点。
本文将介绍SOI（Silicon-on-Insulator）集成光波导器件的基础研究，包括其应用领域、研究现状、存在的问题以及未来研究方向。
SOI集成光波导器件是一种基于硅基材料的光波导器件，其结构是在硅基衬底上制备一层硅膜，从而实现光波在硅膜中传播。
由于硅材料的折射率较高，且具有成熟的集成电路制造工艺，因此SOI集成光波导器件具有体积小、集成度高、速度快、功耗低等优点。
目前，SOI集成光波导器件已成为光子集成领域的重要研究方向之一。
SOI集成光波导器件的研究方法主要包括实验设计和理论分析。
实验设计包括光波导结构的设计、材料的选取和制备、器件的性能测试等环节。
理论分析则通过建立物理模型，运用数值模拟方法对光波导的传输特性进行预测和优化。
尽管这两种方法在SOI集成光波导器件的研究中具有重要应用价值，但也存在一些问题。
例如，实验设计往往需要大量的时间和资源，而且可能受到制备工艺和测试设备的限制；而理论分析则可能因为物理模型的不准确或者数值模拟方法的局限性而导致结果与实际情况存在偏差。
近期，我们开展了一系列SOI集成光波导器件的研究工作，并取得了一些有意义的实验结果。
在实验中，我们设计并制备了一种基于硅基材料的SOI光波导器件，通过对器件的传输特性进行测试，发现该器件具有低损耗、高稳定性等优点。
我们也发现该器件的传输性能受到材料制备工艺和环境因素的影响较大，这为进一步优化器件性能提供了重要参考。
SOI集成光波导器件的基础研究在光通信、光信息处理、光传感等领域具有重要的应用价值。
当前的研究成果表明，SOI集成光波导器件具有广阔的发展前景。
然而，仍然存在一些挑战和问题需要解决，如提高器件的稳定性、降低制备成本、优化器件的设计和制造工艺等。
