一、硅基垂直腔面光发射器件的设计与实现（论文文献综述）
王欢欢[1]（2021）在《面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究》文中研究表明随着超高速移动网络和互联网连接设备的激增,以及人工智能（AI）的兴起,网络通信量呈“爆炸式”增长。为了满足人们对网络带宽以及数据容量日益增长的需求,对光通信中的光电子器件的可靠性、小型化、灵敏度,功耗和成本等多方面都提出了极高的要求,使得光子集成器件和光电集成器件的优势逐步凸显。光子集成和光电集成中涉及的关键技术包括材料生长、结构设计、制备工艺等方面。在结构设计方面,一些功能性无源器件在其中扮演着重要角色,比如光学谐振腔。光学谐振腔可以应用于激光器、滤波器、光电探测器、光调制器、传感器等各类光电子器件中。因此对光谐振腔的结构进行设计和优化,并将其应用于各类光电子器件中提高器件的性能尤为重要。本论文围绕面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔展开研究。主要的创新点和研究成果如下:1.提出了一种新型的屋脊型光学微腔。该微腔的顶镜呈屋脊形状,是由两个对称且具有适当倾角的分布式布拉格反射镜（DBR）组成,其底镜为平面DBR结构。由于顶镜的特殊设计,不仅使腔内模式光的谐振光束光程大大增加,提高了品质因子,而且将腔内光场限制在中心较小区域,减少了腔的有效模式体积。当谐振波长λ=1550nm,顶镜倾角α=5°,腔长为474.59nm,横向尺寸为2907nm时,提出的光学微腔能够获得较高的品质因子和较小的模式体积,其品质因子（Q）达到5762.9,有效模式体积为0.256μm3。而同等尺寸下的FP型光学微腔的品质因子为3988.9,有效模式体积为0.696μm3。因此,屋脊型光学微腔的品质因子提高了 44.7%,而有效模式体积减少了 63.2%,其 Q/V 提高了 3.93 倍。2.提出了一种新型的锥顶柱状光学微腔。该微腔的顶镜是由圆锥形状的DBR构成,底镜为平面圆形DBR结构。由于顶镜的特殊设计,使得该微腔的边界衍射较小,而且光能大部分限制在腔内中心区域,具有较小的模式体积和较大的品质因子。当谐振波长λ=1550nm,顶镜倾角α=4.5°时,腔长为4508.71nm,直径为2821.2nm时,该光学微腔的Q值达到了 52748.6,有效模式体积为0.239μm3,而同等尺寸下的圆柱型光学微腔的品质因子为43603.2,有效模式体积为0.526μm3。因此,锥顶柱状光学微腔的品质因子提高了 21%,而有效模式体积减少了 51%,其Q/V提高了 2.66倍。此外,研究了锥顶的容忍度和输出光束特性,结果表明,该微腔有较好的光束输出特性,且在120nm的平顶范围内,该微腔顶镜具有较高的容忍度。3.对集成芯片中VCSEL单元的光学谐振腔进行了优化设计,提出了新型的腔内DBR结构。腔内DBR结构是指由两个低反射率反射镜构成的低Q值谐振腔,且腔内包含了高反射率的周期性DBR。两个腔内DBR结构构成了 VCSEL的光学谐振腔。仿真设计结果表明,VCSEL顶镜和底镜的反射谱在发射波长850nm处可具有接近99.7%的高反射率,在探测波长805nm处可具有超过95%的透射率,而且高透射率的探测窗口范围可超过15nm。4.完成了上述集成芯片制备和集成芯片中VCSEL单元与PIN光探测器单元分别的测试。首先对集成芯片中的VCSEL单元进行测试,测试结果表明,VCSEL单元能够成功激射,测得阈值电流是9mA,斜率效率大约0.74W/A。其次,完成了 PIN光探测器单元的测试,测试结果显示光探测器正常工作,具有0.615A/W的响应度,且集成芯片的探测窗口范围801nm～809nm。根据文献,2μm吸收层厚度GaAs-PIN探测器的响应度大约0.7A/W,因而可以推断探测窗口内的VCSEL单元透射率超过95%。5.完成了用于单光子探测的基于硅基级联微环的高消光比滤波器设计。利用传输矩阵理论,在波导损耗为3dB/cm,群折射率为3.907,自由光谱范围（FSR）为800GHz～1.2THz的条件下,设计了微环半径（R）分别为10μm和15 μm的点耦合型三阶、四阶、五阶级联微环滤波器以及R为10μm,定向耦合长度（L）为10μm的跑道型三阶、四阶、五阶级联微环滤波器。其中,直波导和微环的宽度均为0.5μm,微环高度为150nm,平板波导高度为70nm。仿真计算结果表明,设计的滤波器均可具有超过100dB的消光比（ER）。同时还设计了 R是10μm,L是10μm,且ER处于70dB到80dB之间的跑道型三阶级联微环。6.对实现的硅基级联微环高消光比滤波器进行了测试。在未加热调的情况下,完成了 ER处于70dB到80dB之间的跑道型三阶级联微环测试。测试结果显示,该滤波器的FSR与理论设计一致,并有超过55dB的消光比。7.探究了锥顶柱状光学微腔的顶镜制备。主要利用半径较大的部分圆弧近似小倾角的圆锥顶镜。采用光刻胶热熔方法制备了直径是20 μm,高度为1.9 μm的圆弧顶镜。
郑爽[2]（2020）在《光场物理维度调控的光子集成器件研究》文中认为光场具有多个物理维度资源,包括光的波长/频率、幅度、相位、偏振、时间以及空间结构等,已经广泛应用于与光相关的各个领域。其中,在光通信领域,为进一步提升光通信系统的通信容量,与光波长维度相关的波分复用技术已被广泛使用,与空间结构相关的空分/模分复用技术也被视为一种极有前景的解决方案。传统用来操控光场的光学器件大多存在功能单一、集成度不高、可重构和可调谐性不足等缺点,不利于光通信系统中的灵活管理。相比之下,近年来,新兴的硅基光子集成技术快速发展,以其与CMOS兼容、高集成度等突出优点引起了广泛关注,为光与电的真正融合提供了新的平台和契机,大大促进了光电子集成技术的发展。本文主要研究利用光子集成器件对光波长、常规波导模式和结构光场等维度的调控,具体内容如下:（1）理论和实验研究了硅基光子集成器件对波长/频率维度的调控。（1）理论和实验研究了基于法布里-珀罗（Fabry–Pérot,FP）谐振腔的可调谐梳状滤波器,其中通过调控萨格纳克（Sagnac）环的反射和透射系数,实现对滤波器波长和带宽的调控。（2）通过控制微环谐振腔与FP腔之间的耦合状态,理论和实验实现了片上法诺（Fano）共振和电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）谱型。（3）实验制备了多功能处理器,通过集成两个16通道阵列波导光栅和16个可全场调控的马赫-曾德尔干涉仪结构（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）,成功实现了间隔可调的可编程滤波器和16通道的可重构上传下载功能,并基于该器件演示了高速信号的传输实验验证。（4）通过借鉴传统电子FPGA（Field Programmable Gate Array）的概念,设计并制备了光“FPGA”结构,实验验证了该器件的可编程能力,包括构建各种滤波器、延时线和光开关等。（2）理论和实验研究了硅基集成器件对常规波导模式的调控。（1）研制了基于微环谐振腔辅助的高阶模式复用器。（2）将Fano共振的概念引入到模式领域,提出了多模Fano共振,理论和实验实现了两模式的Fano共振,并将该器件应用于低功耗的模式光交换。（3）实验制备了片上中红外波段的4模式（解）复用器,并进行了片上模分复用高速通信实验。（3）理论和实验研究了有源和无源集成器件对结构光场的调控。（1）基于简洁的环形光栅结构,理论和实验研究了高阶涡旋光的检测。（2）通过特殊设计凹槽波导结构,理论提出并仿真验证了基于平面硅基波导的涡旋光产生器和复用器。（3）理论和实验研究了高速直调的集成矢量光激光器。基于有源的微环谐振腔结构,通过设计微环腔顶部和侧壁的二阶光栅结构实现了高边模抑制比的单模激射,该激射模式为矢量结构光场。此外,制备的直调激光器速率可达20 Gbits/s,并应用于2 km光纤矢量本征模传输实验。同时,提出了同心环谐振腔结构,可应用于矢量模式高速复用通信。（4）基于硅基光子集成平台,设计制备了多维度光发射阵列,实现对光场空间幅度、相位、偏振三个维度的动态独立调控。制备了4×4光发射阵列,通过对超过70个电极控制单元的调控,实验测得了各种复杂光场的产生结果,包括±1和±2阶涡旋光、高阶邦加球上8种矢量光场以及更为复杂的矢量涡旋光。
迟楠,贾俊连[3]（2020）在《面向6G的可见光通信》文中提出无线通信中的频段资源已经十分紧张,在6G复杂的通信环境下,传统的无线通信也难以达到全面的高速覆盖。可见光通信作为一种利用400～800 THz无须授权频段的高速通信技术,将在6G网络中担任重要的角色。从器件、速率、特殊场景应用、异构组网和高速光互联5个方面讨论了可见光通信的进展,并介绍了现阶段面临的挑战和对未来的展望。
苗渊浩[4]（2020）在《Si基改性Ge材料外延制备及其光电应用》文中研究说明硅基单片光电集成技术致力于使用与硅兼容的半导体工艺将光子学器件集成到硅芯片上,从而提高芯片的性能或者拓展芯片的功能,降低成本。虽然光波导、光探测器、光调制器和光开关等硅基光子学器件都已经被成功的研制出来,但是由于硅的间接带隙特性,难以实现高效发光。因此,硅基高效光源是制约硅基单片光电集成的重要技术瓶颈。寻找一种与Si CMOS工艺兼容的直接带隙半导体材料实现硅基单片光电集成,具有非常重要的研究意义和应用价值。同为四族元素的Ge材料因其直接带隙与间接带隙差仅为136 m V而受到研究人员的广泛关注,其带隙结构可以通过应变工程与Sn合金工程进行调节,是实现硅基高效光源的重要备选材料。硅基高效光源作为硅基单片集成芯片中最核心的部件,在实现高效、高速、低损耗的数据传输起着至关重要的作用。本文重点开展改性Ge材料的外延生长及其相干发光器件的关键技术进行研究:制备了高质量的改性Ge发光材料,系统的研究了改性Ge材料的材料特性;设计并优化了应变Ge发光器件的关键制备工艺,实现了连续波电注入的应变Ge发光二极管;通过优化微盘腔GeSn激光器的光学参数与热学参数,设计出了有望在室温下工作的高性能GeSn激光器。主要研究成果如下:1.基于RPCVD的Si基Ge材料制备技术研究。采用低温Si缓冲层与低温-高温两步法相结合的方法,实现了表面粗糙度较小（0.68 nm）、位错密度较低(3×106 cm-2)、张应变为0.21%的本征单晶Ge外延层。在本征单晶Ge外延工艺的基础上进行p型掺杂、原位循环退火、原位高温H2退火、Si帽层的优化,实现了张应变为0.23%的高质量的可用于Ge发光器件的p-Ge/i-Ge/i-Si材料层结构,其工艺步骤为后续Ge基发光器件的设计与开发奠定了坚实的基础。2.Si基Ge材料位错密度研究。提出了摇摆曲线法计算Ge外延层中的位错密度,结果表明:摇摆曲线法得出的位错密度(1.41×108 cm-2)比腐蚀坑法和TEM法得出的位错密度值高一到两个数量级。因此,该方法得出的位错密度为Ge外延层中的平均位错密度。该方法的提出简化了Ge外延层的位错密度表征流程,也降低了Ge外延层的位错密度表征成本,同时有效的避免了缺陷表征对Ge外延层样品的损伤,并有助于加速Ge外延材料的研究进程。3.基于PVD的Si基GeSn材料制备技术研究。采用直流磁控溅射的方法分别在Si（100）和Si（111）衬底上实现了高Sn组分GeSn材料的生长,并对高Sn组分GeSn材料的偏析机理进行了系统的研究。在此基础上,采用射频磁控溅射的方法在Ge缓冲层上实现了Sn组分为3%的高质量GeSn,并在室温下观测到了光致发光信号,表明该方法制备的GeSn合金可以用于制备发光器件,首次在物理气相淀积法制备的GeSn合金观测到光致发光信号。4.边发射应变Ge发光器件关键技术研究。设计并优化了n型离子注入工艺、应变Ge发光二极管的器件制备工艺及其封装工艺,得到了室温下、连续波电注入条件下稳定工作的应变Ge发光二极管,其电致发光峰的位置位于1640-1645nm之间。同时,设计了一套电注入应变Ge激光器的变温测试装置,该装置可有效的避免电注入热效应对激光器性能的影响,有利于应变Ge激光器激射行为的研究。5.GeSn微盘腔激光器的光学与热学设计研究。为了提高GeSn微盘激光器的工作温度,提出了一种基于高热导率金属材料键合法实现高质量、高Sn组分GeSn微盘激光器的热学管理方法。采用Si层作为GeSn层与Au金属层之间的热传输介质可以显着提高其热传输速率,有助于减少温度对增益区域俄歇复合及带隙结构的影响。该结构的GeSn激光器在光注入功率低于25 m W时,不同温度下GeSn微盘激光器增益区域的温度变化均小于10 K,为实现室温下工作的GeSn激光器奠定了良好的基础。
刘俊[5]（2019）在《多通道平面光波导光收发器件的研究》文中认为近年来,随着物联网、云计算、智能终端等的蓬勃发展,光通信网络系统中的数据量呈现爆炸式增长。为应对数据量的快速增长,5G移动通信技术和大型数据中心正成为热点话题。光纤通信系统正逐步迈向集成化、低成本和智能化,这对光纤通信系统中的核心部件——高速光器件,不仅带来巨量的需求,同时也提出了更高的要求。为迎合市场需求,高速光器件往小尺寸、高集成度、低功耗和低成本方向的发展势在必行。为提高通信网络中的数据吞吐量,产业界常采取的手段有并行传输技术和波分复用技术,这两种技术的实施有赖于不同的光器件技术方案。相比之下,波分复用技术因其器件集成度高,可节省光纤资源,成本优势明显而获得更多青睐。截止目前,国内在多通道波分复用高速光收发器件的产业化方面还较为落后。基于平面光波导的多通道波分复用高速光收发器件,因其工艺成熟、成本低廉和可靠性高等成为近年来的研究热点。III-V族激光器和探测器是构成光收发器件的关键元件,如何发挥它们和平面光波导两类器件的各自优势,面临着器件设计、封装工艺和器件测试等诸多难题。在国家863项目“高线性宽带光收发模块与多制式RoF系统验证”课题的资助下,本文提出了几种多通道波分复用光收发器件,并对它们的设计、封装工艺和测试进行了研究,主要取得的成果概括如下:（1）针对5G RoF模拟光模块的应用,设计并制作了一种低成本的基于平面光波导和单透镜耦合的4通道波分复用光发射器件。在本研究中,为了实现低成本的器件封装,采用柔性电路板和非气密金属壳子相结合的方式替代了价格昂贵的传统陶瓷气密壳子。进一步,在激光器和平面光波导之间,通过采用单透镜的耦合方式,获得了接近-3dB的耦合效率。本研究中对器件的设计、封装工艺进行了全面的探究。最后,对所制备的光发射器件进行了详细的性能测试。测试结果表明所研制的光发射器件可适用于5G RoF模拟光模块的应用,并且实现了15.5km单模光纤的零误码传输。（2）针对数据中心应用的100G CWDM4 QSFP28光模块,提出并设计了一种低成本、高耦合容差的基于平面光波导和双透镜耦合的4通道波分复用4×25-Gb/s光发射器件。同样地,为了获得低成本的光发射器件,本研究采用柔性电路板和非气密金属壳子相结合的方式替代了价格昂贵的传统陶瓷气密壳子。进一步,为降低器件制备难度,提出了在激光器和平面光波导之间采用双透镜的耦合方式。仿真和实验均表明,双透镜耦合可大幅提高透镜的耦合容差。本研究中对器件的设计、封装进行了深入的研究与摸索,并成功制备一只器件。最后,对所制备的器件进行了全面的性能测试。测试结果表明所研制的光发射器件,可实现信号速率为25.78125Gb/s的10km单模光纤无误码传输。（3）为进一步满足数据中心对紧凑型器件的期待,提出了一种低成本的基于平面光波导和端面耦合的4通道波分复用4×25-Gb/s光发射器件。对于传统端面耦合器件,激光器和平面光波导之间的耦合效率和反射光大小总是相互制约。为克服这一不足,本研究中提出了一种改进型的端面耦合结构。首先,对所提出的端面耦合结构的设计原理、耦合容差进行了仿真和实验上的研究。在此基础上,设计了一种基于改进型端面耦合结构的低成本光发射器件。进一步,摸索了器件的制备工艺并成功制备一只器件。最后,对所制备的器件进行了性能测试。测试结果表明该器件可适用于100G CWDM4 QSFP28光模块的应用。（4）针对100G CWDM4 QSFP28光模块的应用,设计并制作了一种低成本的基于平面光波导端面全反射的4通道波分复用4×25-Gb/s光接收器件。首先,提出了基于平面光波导端面全反射的4通道光接收器件的结构。接着,通过仿真计算了光电探测器与平面光波导之间的耦合效率和耦合容差,进而确定了相关的结构参数并完成了光接收器件的结构设计。进一步,摸索了光接收器件的制备工艺并成功制备一只器件。最后,对所研制的器件进行了评估测试。测试结果表明,所研制的光接收器件可适用于100G CWDM4 QSFP28光模块的应用。
刘卫喜[6]（2018）在《氮化硅基纳米梁腔及其应用研究》文中进行了进一步梳理一维光子晶体纳米梁腔因其在光传输方向上存在光子禁带的特殊结构,具有腔品质因子高、模式体积小和光-物质相互作用强等优点。这些优点使得纳米梁腔结构非常适合作为传感和光源的核心单元。近红外波段的传感器和光发射器件已经取得了较多的成果,可见光作为新兴的波段也引起了研究学者们的关注。氮化硅这种宽禁带材料作为未来硅材料的重要替代材料之一,拥有从可见光到中红外的宽光谱透明带,互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺以及比硅更低的光波导传输损耗等优点,可作为可见光波段光子器件的首选材料。本文在氮化硅平台上实现了基于纳米梁腔的器件用于实现可见光高性能光子器件,包括在可见光区域工作的折射率传感器和光发射器件。本文设计并制作了基于悬空氮化硅基纳米梁腔的可见光胶态量子点光发射器。基于能带理论并借助仿真软件FDTD完成了器件设计并利用电子束曝光、干法刻蚀和湿法腐蚀等半导体加工工艺制备得到工作在630nm波段的悬空氮化硅基纳米梁腔阵列,利用滴注成功将胶态量子点CdSe/ZnS转移至纳米梁腔表面,仿真得到的量子点最大自发辐射增强因子可达5.26。随后,设计并搭建了 一套兼具荧光收集功能和显微成像功能的光学系统,成功利用该系统和调制的连续泵浦蓝光测试得到了纳米梁腔上量子点的自发辐射增强荧光。本文还设计并制作了基于悬空氮化硅基纳米梁腔的可见光折射率传感器。利用有限元法和有限时域差分方法设计了工作于710nm波段的高阶模氮化硅基纳米梁腔,设计得到的纳米梁腔的二阶模式的Q值在大的溶液折射率范围内能保持在1100以上,获得的传感灵敏度为314纳米/折射率单位。电子束曝光、电感耦合反应离子刻蚀和湿法腐蚀等半导体工艺被用来实现悬空的纳米梁腔结构,负胶maN-2403被用来当做刻蚀掩膜,有效地解决正胶作掩膜时纵深比不足和不耐刻蚀的问题,实现了利用高分辨率的负胶制作精细的纳米梁腔结构。制备完毕的器件被置于不同浓度的氯化钠溶液中测得Q值和灵敏度随包层折射率的变化关系,拟合后的曲线表明其灵敏度值达321纳米/折射率单位。这一结果达到同类基于谐振腔的可见光折射率传感器中的最高值。
吴宇坤[7]（2017）在《面向有源显示的有机电致发光器件研究》文中进行了进一步梳理有机电致发光器件（organic light-emitting diodes,OLEDs）因具有材料合成简单、制备工艺容易、重量轻、自发光、色域广、可集成在不透明或者柔性衬底等优点,被业界认为是继阴极射线管、液晶之后的新一代显示技术。经过三十年来的发展,虽然OLED相关显示产品已从实验室悄然走入到我们的日常生活中,但是科研工作者对OLED器件性能的追求从未停止。OLED在工作寿命、成本、集成度等方面的综合性能还需要进一步提升。本论文面向有源显示,侧重于研究实用化的简单结构叠层OLED以及与低压驱动电路相兼容的顶发射OLED。本文的研究内容如下:（1）首先提出了“简单结构叠层OLED”的设计思想,即器件的上下发光单元及电荷产生单元（charge generation layer,CGL）均要求结构简单。本文选用Mo Ox作为最简单的CGL,Bphen:Li F作为CGL电子抽取层,连接两个简单结构黄色发光单元CBP/CBP:PO-01/TPBi,制备了简单结构黄色磷光叠层OLED,并通过优化CGL与下发光单元的注入势垒、改善发光区的载流子平衡等手段,最终获得了相对于单层器件电流效率翻番,功率效率相差无几的高性能简单结构叠层OLED。（2）首次突破前人在CGL选材以及结构设计方面的限制,选用最常见的空穴传输材料NPB以及电子传输材料Bphen设计了缓冲层修饰的非掺杂p/n型CGL,即Li F/NPB/Bphen/Mo Ox,通过系统研究器件性能与叠层OLED总厚度之间的变化关系,最终获得厚度仅为150 nm的高性能绿色磷光叠层OLED,电流效率从对应单层器件的38.5 cd/A提高到77.6 cd/A。NPB和Bphen不仅做CGL材料,还作为叠层器件上下发光单元的空穴传输层和电子传输层,材料种类的减少可以简化实验流程,提高可靠性,降低生产成本。同时,这种p/n型CGL也为国内外同行提供了开发高性能叠层OLED的新思路。（3）基于Ir（ppz）3、Bphen又开发出两款有效的缓冲层修饰p/n型和n/p型CGL。详细研究CGL缓冲层Mo Ox、Li F在电荷生成过程中所扮演的角色;利用热电子发射理论、隧穿模型解释了基于同种材料体系的两种CGL的不同电荷产生过程;在n/p型CGL插入2 nm的Ir（ppz）3:Mo Ox缓冲层进一步优化了叠层OLED的性能,使其获得了较好的光电性能指标,最大电流效率接近传统单发光层器件的两倍;最后通过对比Bphen/NPB与Bphen/Ir（ppz）3的界面电荷转移特性,认为Bphen/NPB并不适合做非掺杂的n/p型CGL。（4）利用Mo Ox掺杂层空穴注入特性好、电导率高、热稳定性好等优点分别制备了面向p型及n型TFT电路的顶发射OLED以及倒置顶发射OLED。在顶发射器件方面,发光层Tm PPPy Tz:Ir（ppy）3具有双极性传输特性,有利于载流子的平衡;50 nm Tc Ta盖层的使用也提高了器件的光耦合输出效率;4 V的电压条件下,顶发射器件的亮度达4755 cd/m2,性能优良。在倒置顶发射器件方面,制备了蓝、绿、红三色的倒置顶发射OLED,由于微腔效应的作用,蓝绿器件较传统底发射器件的外量子效率提高15%左右;由于红光染料带系较窄,材料的内量子产率会随微腔环境的变化出现较大幅度的变动,最终使得红光倒置顶发射OLED的外量子效率提高了100%。最后将优化后的顶发射OLED移植到SVGA微显示芯片中,显示效果良好。
余思远[8]（2016）在《涡旋光场的集成光子学操控方法》文中提出光学涡旋是一类围绕光轴具有螺旋相位项的圆柱光学模式。近年来,光学涡旋因其在光学和光子学的许多领域具有重要潜在应用而引起了广泛关注,其可能应用范围包括光通信、光信息处理、成像传感和量子信息等。与基于自由空间光学的方法相比,集成光子学的发展为操纵光学涡旋提供了更为有效的方法。对使用集成光子器件操纵光学涡旋的理论框架和最新技术进展进行了全面综述。
武雷[9]（2016）在《标准CMOS光电探测器及其构成的光互连系统》文中指出设计与标准CMOS工艺兼容的硅基光电器件在降低光互连系统成本方面具有十分重要的意义。与标准CMOS工艺兼容的光电探测器和发光器件是硅基光互连系统的两类重要的器件,由于硅材料的能带结构以及标准CMOS工艺的限制,硅基光电探测器的响应度和本征带宽性能普遍较差,而如何提高硅基发光器件的发光功率和功率转换效率也是实现硅基光互连系统的难点之一。为了解决以上问题,本文研究了标准CMOS光电探测器和发光器件,并对硅基光互连系统进行了介绍。设计了三款与标准CMOS工艺完全兼容的光电探测器,以及一款低压高效的正向注入型发光器件。本文对MSM光电探测器进行了原理分析,探讨了其在标准CMOS工艺下的器件结构和实现,基于UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计了金属/NWELL型MSM光电探测器。为了屏蔽衬底深处产生的慢光生载流子对本征带宽的影响,本文研究了叉指状P+/NWELL/P-SUB型双光电探测器和P+/NWELL空间调制型光电探测器,经UMC 0.18μm标准CMOS工艺流片,并利用SILVACO公司的TCAD工具ATLAS对双光电探测器进行结构建模和性能仿真。空间调制型光电探测器的芯片测试结果以及双光电探测器的器件仿真结果表明,这两款光电探测器实现了屏蔽衬底慢光生载流子的功能,本征带宽得到了很大提升,分别达到了154MHz和1200MHz。本文还设计了一款与标准CMOS工艺完全兼容的正向注入型Si-LED阵列发光器件,经UMC 0.18μm标准CMOS工艺流片测试。测试结果表明,器件在1.46V、390mA的偏置状态下,发光功率为1800n W,平均功率转换效率高达3.5×10-6。
武华[10]（2015）在《面向硅基光子集成的光栅器件研究》文中研究指明光栅的研究与应用有着悠久的历史,随着现代集成光学的发展,特别是硅基光子学的发展,新型的微纳光栅器件由于其结构紧凑、功能多样、制作方便,在现代集成光学中占据了重要的地位。本论文以光栅为基本结构,基于等效折射率法和严格耦合波分析等方法,以光的传输方向、强度和波前形状调控为主要目标,找到影响光波传输的主要因素及其与微纳结构的关系,提出并制备出了基于等效折射率法的折射率人工剪裁的切趾光栅耦合器,设计出了高效率垂直光栅耦合器和波前调控器等,具体工作如下:（1）基于等效折射率法,提出并制备出了折射率人工剪裁的切趾光栅耦合器,用于解决光栅耦合器e指数下降的衍射模式与光纤高斯模式之间的不匹配。采用矩形和圆形两种表面微结构,获得切趾光栅耦合器最高耦合效率分别达到47.5%和49.5%,3 dB带宽67 nm和69 nm;对比均匀结构光栅耦合器,测量得到的最高耦合效率分别为41.8%和45.2%,3 dB带宽69 nm和73 nm。由于模式匹配,切趾光栅耦合器相对均匀光栅耦合器的耦合效率有了明显提升。（2）分析了光栅垂直耦合时耦合效率的影响因素,设计了垂直耦合光栅耦合器结构,以解决垂直腔面发射激光器与光栅之间的垂直方向耦合,仿真结果显示实现了垂直耦合效率达97.4%。进一步的,深入研究基于光栅结构的反射特性,设计出了基于亚波长高对比度光栅结构的反射镜兼垂直光栅耦合器,在1550 nm波长处获得99%的反射率和0.3%的垂直耦合效率。本工作为硅基片上光源的实现提供了两种可能性。（3）基于严格耦合波分析法,得出了光栅波前调控的方法,设计了具有凸透镜、锥透镜和闪耀光栅功能的三种亚波长光栅结构,透射率分别达到97%、97.9%和97.5%,以平面的方式设计出了微光学领域难于制备的具有良好的聚焦和闪耀效果的微纳结构。
二、硅基垂直腔面光发射器件的设计与实现（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、硅基垂直腔面光发射器件的设计与实现（论文提纲范文）
（1）面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景及意义 |
| 1.2 论文的结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光子集成和光电集成中微纳光学谐振腔的概述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光学谐振腔的研究进展 |
| 2.2.1 FP型光学谐振腔 |
| 2.2.2 微环谐振器 |
| 2.3 基于光学谐振腔的收发一体集成芯片 |
| 2.4 光学谐振腔的特征参数 |
| 2.4.1 品质因子 |
| 2.4.2 有效模式体积 |
| 2.4.3 自由谱域 |
| 2.4.4 谐振波长 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 非平行光学微腔的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 非平行光学微腔的理论基础 |
| 3.2.1 基本结构 |
| 3.2.2 谐振原理分析 |
| 3.2.3 特征频率推导 |
| 3.3 屋脊型光学撖腔的性能仿真与结果分析 |
| 3.3.1 结构参数 |
| 3.3.2 能量分布 |
| 3.3.3 电场强度分布 |
| 3.4 锥顶柱状光学微腔的性能仿真与结果分析 |
| 3.4.1 结构参数 |
| 3.4.2 能量分布 |
| 3.4.3 电场强度分布 |
| 3.4.4 锥顶容忍度及输出光束仿真 |
| 3.5 非平行光学微腔顶镜制备实验探究 |
| 3.5.1 光刻胶热熔法 |
| 3.5.2 圆弧形顶镜制备工艺 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 收发一体集成芯片中光学谐振腔的设计及器件测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 VCSEL激光器的理论基础 |
| 4.2.1 VCSEL激光器的结构和基本原理 |
| 4.2.2 VCSEL激光器的基本特性 |
| 4.3 PIN光探测器理论基础 |
| 4.3.1 基本结构 |
| 4.3.2 PIN光探测器的性能参数 |
| 4.4 集成芯片中光学谐振腔的设计 |
| 4.4.1 集成芯片的结构 |
| 4.4.2 集成芯片光学谐振腔的特殊设计 |
| 4.5 集成芯片工艺简介 |
| 4.6 集成芯片的测试及结果分析 |
| 4.6.1 集成芯片外延片反射谱的测试 |
| 4.6.2 集成芯片中VCSEL单元的测试 |
| 4.6.3 集成芯片中PIN光探测器单元的测试 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于硅基级联微环高消光比滤波器的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微环的理论基础 |
| 5.2.1 微环概念 |
| 5.2.2 微环参量模型 |
| 5.3 微环耦合系数和损耗计算 |
| 5.3.1 微环耦合区耦合系数的计算 |
| 5.3.2 波导群折射率与损耗的估算 |
| 5.4 基于硅基微环的高消光比滤波器的设计 |
| 5.4.1 级联微环的理论 |
| 5.4.2 器件的结构参数 |
| 5.4.3 器件的性能仿真与分析 |
| 5.5 超高消光比滤波器的版图制作及加工工艺 |
| 5.5.1 器件的版图制作 |
| 5.5.2 微环的加工工艺流程简介 |
| 5.6 级联微环滤波器的实验测试及结果分析 |
| 5.6.1 实验测试系统 |
| 5.6.2 实验测试及结果分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（2）光场物理维度调控的光子集成器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光子集成器件光场维度调控研究进展 |
| 1.3 本论文的工作及创新点 |
| 1.4 本论文的课题来源 |
| 2 光子集成单元器件及光场调控理论基础 |
| 2.1 微环谐振器 |
| 2.2 马赫-曾德尔干涉仪 |
| 2.3 阵列波导光栅 |
| 2.4 波导模式复用解复用器 |
| 2.5 光场调控与结构光场 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 光子集成器件的设计、制备和测试 |
| 3.1 光子集成单元器件的设计仿真 |
| 3.2 硅基光子集成器件的工艺制备 |
| 3.3 硅基光子集成器件的性能测试及优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 用于波长维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 4.1 硅基可调谐梳状滤波器 |
| 4.2 硅基片上Fano和EIT效应 |
| 4.3 硅基光子集成FPGA |
| 4.4 可重构硅基光子集成信号处理器件 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 用于波导模式维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 5.1 硅基微环辅助的模式复用解复用器 |
| 5.2 硅基波导模式复用解复用器 |
| 5.3 基于多模Fano效应的硅基低功耗模式光交换 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 用于结构光场调控的光子集成器件研究 |
| 6.1 基于环形光栅的涡旋光检测 |
| 6.2 基于平面硅基波导的涡旋光产生器 |
| 6.3 高速直调集成矢量光激光器 |
| 6.4 硅基多维度结构光场调控光子芯片 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表主要论文目录 |
| 附录2 中英文缩写对照表 |
（3）面向6G的可见光通信（论文提纲范文）
| 1 可见光通信中的器件 |
| 1.1 可见光通信系统中的发射器件 |
| 1.2 可见光通信系统中的接收器件 |
| 2 高速可见光通信系统 |
| 2.1 可见光通信中的先进调制技术 |
| 2.2 可见光通信中的均衡技术 |
| 2.3 实时可见光通信系统 |
| 3 水下可见光通信技术 |
| 4 可见光通信的异构和组网技术 |
| 5 可见光芯片高速光互联 |
| 6 可见光通信面向6G的挑战与展望 |
| 7 结束语 |
（4）Si基改性Ge材料外延制备及其光电应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 硅基改性Ge发光器件研究进展 |
| 1.3 硅基改性Ge在探测器件方面的应用 |
| 1.4 本论文的主要内容与章节安排 |
| 第二章 改性Ge材料及其发光器件的研究方法 |
| 2.1 改性Ge材料外延生长系统 |
| 2.1.1 减压化学气相淀积生长系统 |
| 2.1.2 物理气相淀积生长系统 |
| 2.2 改性Ge材料表征方法 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射 |
| 2.2.2 拉曼光谱仪 |
| 2.2.3 透射电子显微镜 |
| 2.2.4 扫描电子显微镜 |
| 2.2.5 原子力显微镜 |
| 2.2.6 二次离子质谱仪 |
| 2.2.7 X射线光电子能谱仪 |
| 2.2.8 光致发光谱 |
| 2.3 应变Ge发光器件的测试与分析 |
| 2.3.1 电学特性测试 |
| 2.3.2 电致发光谱 |
| 2.4 仿真软件简要介绍 |
| 2.4.1 光学仿真软件介绍 |
| 2.4.2 热学仿真软件介绍 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 Si基应变Ge材料制备与特性研究 |
| 3.1 Si基应变Ge材料生长方法 |
| 3.2 基于RPCVD的Si基Ge材料制备 |
| 3.2.1 本征应变Ge材料生长方案 |
| 3.2.2 本征应变Ge材料表征结果 |
| 3.3 Si基Ge发光器件层结构的RPCVD外延工艺开发 |
| 3.3.1 p-Ge/i-Ge材料层结构生长方案 |
| 3.3.2 p-Ge/i-Ge材料表征结果 |
| 3.3.3 p-Ge/i-Ge/i-Si材料层结构生长方案 |
| 3.3.4 p-Ge/i-Ge/i-Si材料表征结果 |
| 3.4 Si基Ge层缺陷密度研究方法 |
| 3.4.1 基于摇摆曲线法的Ge层缺陷密度研究 |
| 3.4.2 基于化学腐蚀法的Si基Ge层缺陷密度研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 硅基GeSn材料制备与特性研究 |
| 4.1 基于物理气相淀积系统的 GeSn 材料制备 |
| 4.2 高 Sn 组分 GeSn 材料的外延制备 |
| 4.2.1 高Sn组分GeSn材料的生长方案 |
| 4.2.2 高Sn组分GeSn材料的表征结果 |
| 4.3 低 Sn 组分 GeSn 材料的外延制备 |
| 4.3.1 低 Sn 组分 GeSn 材料生长方案 |
| 4.3.2 Ge 缓冲层上低 Sn 组分 GeSn 的表征结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 边发射应变Ge发光器件关键技术研究 |
| 5.1 Ge 半导体材料发光机理 |
| 5.1.1 直接带隙与间接带隙 |
| 5.1.2 Ge半导体材料中的复合与辐射 |
| 5.2 应变Ge发光二极管制备工艺优化 |
| 5.2.1 n型掺杂工艺优化 |
| 5.2.2 应变Ge发光二极管制备工艺 |
| 5.3 应变Ge发光二极管封装与测试结果分析 |
| 5.3.1 应变Ge发光二极管封装 |
| 5.3.2 应变Ge发光器件性能测试与分析 |
| 5.4 电注入应变Ge激光器测试系统设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 GeSn微盘腔激光器件的设计及实现 |
| 6.1 GeSn微盘腔激光器结构 |
| 6.2 回音壁模光热学理论 |
| 6.2.1 回音壁模谐振腔参数 |
| 6.2.2 热传输定义 |
| 6.2.3 固体中的热传导理论 |
| 6.3 GeSn微盘腔激光器设计研究 |
| 6.3.1 GeSn微盘腔激光器工艺实现方法 |
| 6.3.2 GeSn微盘腔激光器光学设计研究 |
| 6.3.3 GeSn微盘腔激光器热学设计研究 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 对未来的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）多通道平面光波导光收发器件的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 本论文的主要研究内容 |
| 2 基于平面光波导的4通道光收发器件的工作原理与研究方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 关键零部件的工作原理 |
| 2.3 高斯光束与光路设计方法 |
| 2.4 陶瓷基板和柔性电路板设计 |
| 2.5 器件制作工艺与可靠性 |
| 2.6 器件测试 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 可用于5G微波光子传输的4 通道波分复用光发射器件 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 器件的设计 |
| 3.3 器件的制备 |
| 3.4 器件的测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于双透镜耦合和平面光波导的4×25-Gb/s光发射器件 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件的设计 |
| 4.3 器件的制备 |
| 4.4 器件的测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于端面耦合和平面光波导的4×25-Gb/s光发射器件 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 端面耦合的原理研究 |
| 5.3 端面耦合的实验研究 |
| 5.4 器件的设计 |
| 5.5 器件的制备 |
| 5.6 器件的测试 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 基于平面光波导端面全反射的4×25-Gb/s波分复用接收器件 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 器件的设计 |
| 6.3 器件的制备 |
| 6.4 器件的测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
| 附录2 论文中英文缩略词简表 |
（6）氮化硅基纳米梁腔及其应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 集成光子学与可见光集成光子器件 |
| 1.1.1 集成光子学 |
| 1.1.2 氮化硅光子器件 |
| 1.2 氮化硅基纳米梁腔 |
| 1.2.1 硅基纳米梁腔概述 |
| 1.2.2 氮化硅基纳米梁腔的应用 |
| 1.3 本文的工作内容及创新 |
| 1.3.1 本文的章节安排 |
| 1.3.2 文章的创新点 |
| 2 氮化硅基纳米梁腔的理论分析及工艺制备 |
| 2.1 氮化硅基纳米梁腔的理论和设计 |
| 2.1.1 氮化硅基纳米梁腔理论 |
| 2.1.2 氮化硅基纳米梁腔设计 |
| 2.1.3 氮化硅基纳米梁腔仿真方法 |
| 2.1.4 氮化硅基纳米梁腔工艺制备 |
| 3 基于氮化硅纳米梁腔和胶态量子点的可见光发光 |
| 3.1 自发辐射增强的概念 |
| 3.2 硅基纳米梁腔的设计与制备 |
| 3.3 测试系统与测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 高灵敏度氮化硅纳米梁腔可见光传感器 |
| 4.1 折射率传感的介绍 |
| 4.2 可见光传感器的设计与制备 |
| 4.2.1 可见光折射率传感器的设计分析 |
| 4.3 可见光传感器的制备与测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
（7）面向有源显示的有机电致发光器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 有机电致发光现象的起源与发展 |
| 1.1.1 有机电致发光材料与器件发展 |
| 1.1.2 叠层有机电致发光器件的发展 |
| 1.1.3 顶发射有机电致发光器件的发展 |
| 1.2 有源矩阵有机发光二极管概述 |
| 1.2.1 AMOLED工作原理 |
| 1.2.2 AMOLED产业化发展现状 |
| 1.3 有机电致发光器件的基础理论 |
| 1.3.1 OLED的工作原理 |
| 1.3.2 有机半导体的电子结构 |
| 1.3.3 载流子的注入与传输 |
| 1.3.4 激子 |
| 1.3.5 能量转移 |
| 1.4 有机电致发光器件的主要性能参数与表征方法 |
| 1.4.1 光度学基础知识 |
| 1.4.2 有机电致发光器件性能评价指标 |
| 1.5 本论文的主要工作内容 |
| 第二章 简单结构叠层有机电致发光器件性能改善的研究 |
| 2.1 简化叠层OLED器件结构的意义 |
| 2.2 实验制备与测试方法 |
| 2.2.1 实验所用到的材料 |
| 2.2.2 器件制备工艺 |
| 2.2.3 器件结构 |
| 2.2.4 有机电致发光器件的性能测试 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 MoOx作为电荷产生层的简单结构叠层OLED性能不佳的原因 |
| 2.3.2 改善简单结构叠层OLED发光区内载流子平衡的研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于缓冲层修饰的p/n型平面有机异质结为电荷产生单元的高性能叠层有机电致发光器件 |
| 3.1 基于p/n型平面有机异质结为电荷生成单元的研究背景 |
| 3.2 实验制备与测试方法 |
| 3.2.1 实验所用到的材料 |
| 3.2.2 器件制备工艺 |
| 3.2.3 器件结构 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 p/n型电荷产生单元的设计思想及其机理分析 |
| 3.3.2 电致发光特性分析 |
| 3.3.3 叠层器件的进一步优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 缓冲层修饰的n/p和p/n型平面有机异质结作为叠层有机电致发光器件电荷产生单元的比较研究 |
| 4.1 电荷产生单元中缓冲层的研究背景 |
| 4.2 实验制备与测试方法 |
| 4.2.1 实验所用到的材料 |
| 4.2.2 器件结构 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 电致发光特性分析 |
| 4.3.2 缓冲层对电荷产生机制的影响 |
| 4.3.3 n/p型和p/n型电荷产生单元的工作机理 |
| 4.3.4 基于n/p型电荷产生单元的叠层器件性能优化 |
| 4.3.5 缓冲层修饰Bphen/NPB和Bphen/Ir(ppz)3 为CGL的对比研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于MoOx掺杂的顶发射有机电致发光器件研究 |
| 5.1 顶发射OLED的研究背景 |
| 5.2 顶发射OLED的微腔设计理论 |
| 5.2.1 光学微腔简介 |
| 5.2.2 顶发射OLED腔长设计方法 |
| 5.3 实验制备与测试方法 |
| 5.3.1 实验所用到的材料 |
| 5.3.2 器件制备工艺 |
| 5.3.3 器件结构 |
| 5.4 实验结果与讨论 |
| 5.4.1 MoOx掺杂技术的机理分析 |
| 5.4.2 硅基顶发射OLED性能分析及微显示器件的制备 |
| 5.4.3 倒置顶发射OLED性能分析 |
| 5.4.4 红光倒置顶发射OLED内量子产率提高的原因 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（8）涡旋光场的集成光子学操控方法（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 基于集成光子学的光学涡旋产生原理 |
| 2.1 光学涡旋模式 |
| 2.2 圆柱对称结构扰动 |
| 2.3 理论分析方法 |
| 3 基于微环谐振腔的光学涡旋操控器件 |
| 3.1 微环光学涡旋发射/接收基本器件 |
| 3.2 发射效率优化 |
| 3.3 产生光子OAM叠加态的涡旋光束发射器 |
| 3.4 宽带涡旋光束发射器和多路OAM复用器 |
| 3.5 谐振OAM复用器 |
| 3.6 有源OAM光束发射器件 |
| 4 结束语 |
（9）标准CMOS光电探测器及其构成的光互连系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光电探测器 |
| 1.2 光电探测器的器件仿真 |
| 1.3 硅基光互连系统 |
| 1.4 本论文结构和工作 |
| 第二章 标准CMOS光电探测器基础理论 |
| 2.1 光电探测器的工作原理 |
| 2.2 光电探测器的性能参数 |
| 2.3 常见的标准CMOS光电探测器 |
| 2.3.1 PIN光电探测器 |
| 2.3.2 双光电探测器 |
| 2.3.3 空间调制型光电探测器 |
| 2.3.4 金属-半导体-金属型光电探测器 |
| 第三章 标准CMOS光电探测器的设计 |
| 3.1 光电探测器测试系统 |
| 3.2 P~+/NWELL/P-SUB型双光电探测器的设计 |
| 3.3 空间调制型光电探测器的设计 |
| 3.3.1 空间调制型光电探测器结构设计 |
| 3.3.2 空间调制型光电探测器测试结果 |
| 3.4 MSM光电探测器的设计 |
| 3.4.1 MSM光电探测器基本原理 |
| 3.4.2 MSM光电探测器结构设计 |
| 第四章 双光电探测器的器件仿真 |
| 4.1 SILVACO ATLAS二维器件仿真平台简介 |
| 4.1.1 半导体器件模拟技术简介 |
| 4.1.2 SILVACO ATLAS二维器件仿真平台 |
| 4.1.3 Deckbuild使用说明 |
| 4.2 双光电探测器的器件仿真 |
| 4.2.1 双光电探测器的器件建模 |
| 4.2.2 双光电探测器的光电流与暗电流仿真 |
| 4.2.3 双光电探测器的本征带宽仿真 |
| 4.2.4 双光电探测器的光谱响应仿真 |
| 第五章 硅基光互连系统的探讨 |
| 5.1 正向注入型Si-LED阵列的设计 |
| 5.1.1 Si-LED发光机理 |
| 5.1.2 正向注入型Si-LED阵列的结构设计 |
| 5.1.3 正向注入型Si-LED阵列测试结果 |
| 5.2 硅基光互连系统概述 |
| 5.2.1 硅基光互连系统基本理论 |
| 5.2.2 硅基光互连系统研究进展 |
| 第六章 总结 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（10）面向硅基光子集成的光栅器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基光子学的研究历史与进展 |
| 1.2.1 硅基光子学的发展 |
| 1.2.2 硅基光电子集成 |
| 1.3 光栅概述 |
| 1.3.1 光栅的基本性质 |
| 1.3.2 光栅的基本应用 |
| 1.4 硅基集成光栅器件的发展现状 |
| 1.4.1 光栅耦合器的发展现状 |
| 1.4.2 亚波长高对比度光栅的发展现状 |
| 1.5 本论文主要研究内容及创新点 |
| 第2章 光栅的相关理论 |
| 2.1 光波导理论 |
| 2.1.1 光波导的模式 |
| 2.1.2 波动方程 |
| 2.1.3 模式色散 |
| 2.2 亚波长结构等效介质理论 |
| 2.2.1 亚波长结构的等效介质理论 |
| 2.2.2 亚波长结构的周期阈值 |
| 2.3 光栅耦合器的衍射特性 |
| 2.3.1 光栅耦合器的基本理论——Floquet-Bloch理论 |
| 2.3.2 光栅布拉格条件与k空间波矢图 |
| 2.4 光栅的数值分析方法 |
| 2.4.1 本征模展开法 |
| 2.4.2 严格耦合波分析法 |
| 2.4.3 时域有限差分法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 等效折射率人工剪裁的光栅耦合器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 等效折射率人工剪裁的宽带高效光栅耦合器设计 |
| 3.3 等效折射率人工剪裁的光栅耦合器制备与测试分析 |
| 3.3.1 光栅耦合器的制备工艺流程 |
| 3.3.2 光栅耦合器测试系统 |
| 3.3.3 等效折射率人工剪裁的光栅耦合器的测试结果及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 面向硅基片上光源的垂直光栅耦合器和反射器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 垂直光栅耦合反射混合结构的特性 |
| 4.2.1 垂直光栅耦合反射混合结构 |
| 4.2.2 垂直光栅耦合反射混合结构的特性分析 |
| 4.2.2.1 耦合光栅参数对耦合特性的影响 |
| 4.2.2.2 反射光栅参数对耦合特性的影响 |
| 4.3 面向硅基片上光源的亚波长高对比度光栅垂直耦合和反射器 |
| 4.3.1 亚波长高对比度光栅的反射特性 |
| 4.3.1.1 亚波长高对比度光栅的解析分析 |
| 4.3.1.2 亚波长高对比度光栅反射率解析解的收敛性 |
| 4.3.1.3 亚波长高对比度光栅高反射的物理机制 |
| 4.3.2 基于亚波长高对比度光栅的反射镜和耦合器 |
| 4.3.2.1 亚波长高对比度光栅参数对反射特性的影响 |
| 4.3.2.2 亚波长高对比度光栅参数对耦合特性的影响 |
| 4.3.2.3 亚波长高对比度光栅的制造误差容限 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于亚波长高对比度光栅的波前调控器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 亚波长高对比度光栅高透射的物理机制 |
| 5.3 非周期性亚波长高对比度光栅的相位调控方法 |
| 5.4 基于非周期性亚波长高对比度光栅的波前调控器 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、硅基垂直腔面光发射器件的设计与实现（论文参考文献）
- [1]面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究[D]. 王欢欢. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]光场物理维度调控的光子集成器件研究[D]. 郑爽. 华中科技大学, 2020
- [3]面向6G的可见光通信[J]. 迟楠,贾俊连. 中兴通讯技术, 2020(02)
- [4]Si基改性Ge材料外延制备及其光电应用[D]. 苗渊浩. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [5]多通道平面光波导光收发器件的研究[D]. 刘俊. 华中科技大学, 2019(03)
- [6]氮化硅基纳米梁腔及其应用研究[D]. 刘卫喜. 浙江大学, 2018(04)
- [7]面向有源显示的有机电致发光器件研究[D]. 吴宇坤. 吉林大学, 2017(09)
- [8]涡旋光场的集成光子学操控方法[J]. 余思远. 光学学报, 2016(10)
- [9]标准CMOS光电探测器及其构成的光互连系统[D]. 武雷. 天津大学, 2016(07)
- [10]面向硅基光子集成的光栅器件研究[D]. 武华. 北京工业大学, 2015(03)