[发明专利]一种基于等离子体增强效应的低功耗全光相变存储器

说明书

本发明公开了一种基于等离子体增强效应的低功耗全光相变存储器，包括硅基平面光波导，特点是波导上设置有可在波导倏逝场耦合作用下发生晶态至非晶态的可逆相变的相变圆环结构，相变圆环结构卡嵌在金属圆盘和金属圆环之间，相变圆环结构、金属圆盘和金属圆环形成的同心圆结构整体位于波导上表面或者半嵌入波导中或者完全嵌入到波导中，相变圆环结构为相变层Ge₂Sb₂Te₅或Ge₂Sb₂Se₄Te，具有至少两个稳定的状态，即晶态和非晶态，且这两个状态对探测光具有明显不同的吸收系数，优点是相变受热均匀且开关速度更快和功耗更低。

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其是涉及一种基于等离子体增强效应的低功耗全光相变存储器。

背景技术

当前数据的增长对传统的计算和存储模式提出了新的挑战。集成硅光子平台由于其固有的能量和带宽优势，可以缓解由于使用电互连和传统冯·诺依曼计算架构而产生的物理限制。近几十年来，光信号一直主导着远程通信。最近，由于硅光子学的影响力不断上升，芯片到芯片甚至芯片上的光信号已经得到了巨大的发展。事实上，通过使光电转换冗余并访问光域固有的高带宽和低传输损耗，将关键的片上数据操作转移到全光实现可以潜在地节约能源和提高速度。而这项工作的重点是相变全光存储器（PPCM）的开发，该器件通过提供非易失性全光子存储功能，有可能实现从电域到光域的过渡。PPCM设备允许对波导实现的相变材料层的晶体部分上的信息进行全光编码，进而调制传输信号振幅。目前，国际上已有研究组报道了集成相变全光存储器，但是这些对集成光子器件的研究还没有考虑到由于相变材料中的非均匀结晶而影响其工作可靠性的均匀热分布，导致器件功耗的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相变受热均匀且开关速度更快、功耗更低的基于等离子体增强效应的低功耗全光相变存储器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于等离子体增强效应的低功耗全光相变存储器，包括波导，所述的波导为硅基平面光波导，所述的波导上设置有可在波导倏逝场耦合作用下发生晶态至非晶态的可逆相变的相变圆环结构，所述的相变圆环结构卡嵌在金属圆盘和金属圆环之间。

进一步，所述的相变圆环结构、所述的金属圆盘和所述的金属圆环形成的同心圆结构整体的底部位于所述的波导上表面。

进一步，所述的相变圆环结构、所述的金属圆盘和所述的金属圆环形成的同心圆结构整体半嵌入所述的波导中。

进一步，所述的相变圆环结构、所述的金属圆盘和所述的金属圆环形成的同心圆结构整体完全嵌入到所述的波导中。

进一步，所述的波导为Si₃N₄波导，所述的Si₃N₄波导位于SiO₂基底上；或者所述的波导为Si波导，所述的Si波导位于SOI基底上。

进一步，所述的相变圆环结构为相变层Ge₂Sb₂Te₅或Ge₂Sb₂Se₄Te，具有至少两个稳定的状态，即晶态和非晶态，且这两个状态对探测光具有明显不同的吸收系数。该相变圆环结构在波导倏逝场耦合作用下发生晶态至非晶态的可逆相变，完成相态的均匀翻转。

进一步，所述的金属圆盘和所述的金属圆环中采用的金属材料为Ag、Au、Al或Cu。

进一步，所述的相变圆环结构、所述的金属圆盘和所述的金属圆环三者厚度相同。