[发明专利]基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器

说明书

本发明公开一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器，包括绝缘硅基底和设置在绝缘硅基底上的微环硅波导。微环硅波导由2条直硅波导、1条圆形硅波导和1条跑道形硅波导组成。绝缘硅基底由下层的硅基底和上层的二氧化硅基底叠加而成。本发明具有体积小、抗干扰能力强、功耗低、灵敏度高等特点，在一定程度上解决当前片上温度传感器较高灵敏度和较小尺寸不能共存的问题，在片上系统温度检测领域有较大的研究价值和应用潜力。

技术领域

本发明涉及微纳光学和片上温度传感器技术领域，具体涉及一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器。

背景技术

近几年，集成电路产业迅猛发展，技术的进步和特征尺寸的缩小使得互联线间距越来越小和集成度越来越高，导致功率密度变得更加难以管理，温度就成了芯片优化的重要问题。探索散热方法的同时，在芯片上集成温度传感器，用来准确的感测系统或者单一芯片的温度也是非常重要的。目前，许多光学传感器被应用到片上温度检测中，与传统电气传感器相比，光学传感器具有抗电磁干扰能力强，分辨率高，体积小，易于集成等优点，并且广泛被应用到传感检测中。在光学传感中，传感结构有许多选择，比如光子晶体、布拉格光栅、槽波导、Mach-Zehnder干涉仪、微环谐振器等，其中微环谐振器的结构设计紧凑，具有高灵敏度和选择性，能够利用现有的SOI等工艺实现，更适合在片上系统进行传感检测，受到众多研究者的青睐。但是，从当前已经报道的基于微环谐振器的片上温度传感器可以看出，其在获得较高灵敏度的同时会带来较大的结构尺寸，灵敏度和结构尺寸不能同时得到兼顾的。

发明内容

本发明所要解决的是现有基于微环谐振器的片上温度传感器不能同时满足高灵敏度和小尺寸要求的问题，提供一种基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于微环谐振器的小尺寸片上温度传感器，包括片上温度传感器本体，该片上温度传感器本体包括绝缘硅基底和设置在绝缘硅基底上的微环硅波导；微环硅波导由2条直硅波导、1条圆形硅波导和1条跑道形硅波导组成；2条直硅波导呈横向设置，且2条直硅波导相互平行；圆形硅波导位于2条直硅波导之间，且靠近上方的直硅波导；跑道形硅波导位于2条直硅波导之间，且靠近下方的直硅波导；跑道形硅波导呈横向设置，即跑道形硅波导的半圆跑道部分位于左右两侧，跑道形硅波导的直线跑道部分位于上下两侧；跑道形硅波导的上下两侧直线跑道部分与直硅波导平行；圆形硅波导的圆心与跑道形硅波导的左侧的半圆跑道部分的圆心的连线与2条直硅波导垂直；上方的直硅波导的左端形成片上温度传感器本体的光波输入端，上方的直硅波导的右端和下方的直硅波导的左端悬置，下方的直硅波导的右端形成片上温度传感器本体的光波输出端。

上述方案中，绝缘硅基底由下层的硅基底和上层的二氧化硅基底叠加而成。

上述方案中，2条直硅波导、1条圆形硅波导和1条跑道形硅波导的线宽相同，且高度相等。

上述方案中，圆环硅波导必须满足的谐振方程为：

2πR₁n_eff＝m₁λ

式中，R₁为圆环硅波导的半径；n_eff为波导有效折射率；m₁为设定的圆环硅波的谐振级数；λ为光波波长。

上述方案中，跑道形硅波导必须满足的谐振方程为：

(2πR₂+2d)n_eff＝m₂λ

式中，R₂为跑道形硅波导中半圆跑道部分的半径，d为跑道形硅波导中一条直跑道部分的长度；n_eff为波导有效折射率；m₂为设定的跑道形硅波导的谐振级数；λ为光波波长。