[发明专利]一种硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片与制备方法

权利要求书

1.一种硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片，其特征在于，包括垂直耦合光栅(1)、硅基光波导器件(2)、硅基光波导(3)和石墨烯光电混频器(4)；其中垂直耦合光栅(1)为调制光信号输入口，光信号通过硅基光波导(3)输入到硅基光波导器件(2)进行处理，处理后通过光波导输入到石墨烯光电混频器(4)，石墨烯光电混频器(4)对探测到的光信号进行光电转换，栅电极(7)为微波本振信号输入口，微波本振信号与光电转换后的信号进行混频得到中频信号，中频信号由漏电极(6)输出。

2.根据权利要求1所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片，其特征在于，硅基光波导(3)采用SOI衬底材料，所述硅基光波导器件(2)为微环谐振器、马赫曾德尔干涉仪或多模干涉耦合器。

3.根据权利要求1所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片，其特征在于，所述石墨烯光电混频器(4)的石墨烯薄膜与氧化硅盖层间有一薄层BCB，栅电极(7)在石墨烯薄膜上方，中间为栅介质层。

4.根据权利要求1所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片，其特征在于，所述石墨烯光电混频器(4)采用HSQ作为器件的钝化层。

5.一种如权利要求1所述硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在SOI衬底材料上采用电子束曝光显影技术制备出光波导的电子束胶掩膜图形，以电子束胶为掩膜采用感应耦合等离子体刻蚀出光波导，并去胶清洗；

2)采用电子束曝光显影技术制备出垂直耦合光栅的电子束胶掩膜图形，以电子束胶为掩膜采用感应耦合等离子体刻蚀出垂直耦合光栅，并去胶清洗；

3)生长氧化硅盖层介质，并采用化学机械抛光工艺对晶圆进行抛光；

4)采用涂覆工艺在盖层介质表面涂覆一层BCB薄膜并固化；

5)采用湿法金转移工艺转移石墨烯薄膜到材料芯片表面，烘干后依次用丙酮、乙醇进行浸泡清洗，并采用烘箱长时间烘烤；

6)采用平面光刻显影技术制备出石墨烯图形的光刻胶掩膜，再腐金并氧化完成石墨烯的图形化；

7)采用平面光刻显影技术制备出源漏电极图形，采用电子束蒸发和剥离工艺制备出源漏电极；

8)采用电子束曝光显影技术制备出栅电极电子束胶掩膜图形，再腐金使得栅电极处的石墨烯裸露出来，生长一层高k绝缘材料作为栅介质，并采用电子束蒸发和剥离工艺制备出栅电极；

9)涂覆HSQ电子束负胶，并采用电子束曝光显影技术制备出钝化保护层。

6.如权利要求5所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)采用ZEP 520A或者AR-P 6200电子束正胶；所述步骤1)和步骤2)刻蚀采用的气体为氯气和氩气的混合气体，刻蚀深度分别为220和80纳米。

7.如权利要求5所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤4)BCB薄膜的厚度2-10纳米。

8.如权利要求5所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤5)烘箱烘烤温度为90摄氏度，时间大于12小时。

9.如权利要求5所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤7)源漏电极金属为20纳米钛和300纳米金；所述步骤8)栅电极金属为20纳米钛和500纳米金。

10.如权利要求5所述的硅基光波导和石墨烯光电混频器集成芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤8)采用原子层沉积生长氧化铝或者氧化哈作为栅介质，厚度5-15纳米；所述步骤9)HSQ钝化层厚度为550-800纳米。