一种堆叠三维光互连结构

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是一种堆叠三维光互连结构。

背景技术

以光互连为目标的硅基光电集成将现有成熟的微电子与光电子技术结合起来，拥有速度快、功耗低、干扰小等优点，已成为超大规模集成电路未来发展的重要方向之一。传统的硅光子学设计的经典方法是将所有芯片放置在一个水平面上，这种结构分布方式导致光互连器件尺寸过大。

发明内容

本发明针对传统方法存在的缺点，我们提供了一种堆叠三维光互连结构。

本发明所采用的技术方案是：

一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：该结构包括两片带有硅发光器件和光电探测器的硅片以及一片硅光波导。

所述的硅光波导夹在两片带有硅发光器件和光电探测器的硅片中间。

所述的硅光波导为厚度100-150μm的硅片制成。

所述的硅光波导具有微通道结构。

所述的微通道结构为直径5-6μm的通孔。

所述的硅发光器件和光电探测器封装在硅片的一侧表面。

所述的两片带有硅发光器件和光电探测器的硅片其封装有硅发光器件和光电探测器的表面与充当光波导的硅片的上下表面相连。

所述的硅发光器件和光电探测器由工作在不同偏置下的肖特基二极管实现。

进一步，所述肖特基二极管所施加的反向偏置电压高于击穿阈值时进入雪崩击穿状态用作硅发光器件。

进一步，所述肖特基二极管所施加的反向偏置电压低于击穿阈值时对外部光敏感用作光电探测器。

本发明的结构设计的有益效果：实现了三维结构之间硅片的光互连，光传输效率稳定在15-20％。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的硅光波导的结构图。

图中：1-第一肖特基二极管，2-第一铝电极，3-第二肖特基二极管，4-第二铝电极，5-第一硅层，6-硅光波导，7-第二硅层，8-第三肖特基二极管，9-第三铝电极，10-第三肖特基二极管，11-第四铝电极。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

实施案例一

参见图1，本实施案例提供了一种堆叠三维光互连结构包括第一肖特基二极管1、第一铝电极2、第二肖特基二极管3、第二铝电极4、第一硅层5、硅光波导6、第二硅层7、第三肖特基二极管8、第三铝电极9、第三肖特基二极管10和第四铝电极11；第一肖特基二极管1、第一铝电极2、第二肖特基二极管3、第二铝电极4集成在第一硅层5上，位于硅光波导6的上表面；第三肖特基二极管8、第三铝电极9、第三肖特基二极管10和第四铝电极11集成在第二硅层7上，位于硅光波导6的下表面。

所述第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管和第四肖特基二极管为硅光子器件。

所述硅光波导为厚度100-150μm的带由微通孔的硅片。

所述的微通孔直径为5-6μm，填充材料为空气。

所述的第一铝电极、第二铝电极、第三铝电极和第四铝电极分别为第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管和第四肖特基二极管提供偏置电压。

所述的第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管和第四肖特基二极管在不同的偏置电压下有两种工作模式。

所述的两种工作模式指所施加的反向偏置电压高于肖特基二极管击穿阈值时进入雪崩击穿状态用作硅发光器件，所施加的反向偏置电压高于肖特基二极管击穿阈值时进入雪崩击穿状态用作硅发光器件。

本发明采用硅芯片叠层技术，实现了三维结构的光互连。

结合图1，对本发明的工作原理进行说明。

在铝电级上添加不同的偏置电压，让处于硅波导对侧的两个肖特基二极管分别工作两种模式下，以第一肖特基二极管1和第四肖特基二极管10为例，第一肖特基二极管1工作在硅发光器件模式下，第四肖特基二极管10工作在光电探测器模式下，第一肖特基二极管1发出的光经硅光波导层6传输被第四肖特基二极管10接收实现光芯片之间的光互连。