[发明专利]一种电极传输线及包含有该电极传输线的硅基电光调制器

说明书

本发明公开一种电极传输线，包括：至少两层金属层，且相邻金属层中对应位置的金属电极的两侧通过通孔进行电学接触，形成矩形框体状的电极结构。本发明还公开一种包含有该电极传输线的硅基电光调制器。在完全兼容现行CMOS制作工艺的条件下，本发明的结构设计优化了电极传输线的电学带宽，进而提升调制器的电学带宽，从而提高了调制器的电光带宽，因此可适应更高调制速率的使用场景；多层金属层的结构设计可增大电极传输线的截面面积，从而改善电极传输线的直流电流承受能力；本发明形成的矩形框体状的电极结构可减弱趋肤效应对高频电学信号的影响。

技术领域

本发明涉及硅基电光调制器技术领域，尤其涉及一种电极传输线及包含有该电极传输线的硅基电光调制器。

背景技术

硅基电光调制器由于其综合性能出众，采用CMOS兼容工艺制作，可单片集成多路调制器以及可以和硅光子无源器件、硅基锗探测器等形成集成度更高的硅光集成芯片，因此获得学术界和工业界的持续关注。

马赫-增德尔干涉仪(MZI，Mach-Zehnder interferometer)形式硅基电光调制器通常使用行波电极作为调制信号的电极传输线，光波和电调制信号在MZI调制器中沿同一方向传播。为了提升调制器的电光带宽特性，采取的其中一种方式是减小行波电极传输线的微波损耗，微波损耗主要来源于两个方面：一是电极传输线本身的微波损耗，主要来自趋肤效应；二是调制区中PN结带来的微波损耗，等效为电极传输线附加的RC负载所增加的电学损耗。

其中，趋肤效应是射频信号传输中的一种常见现象。如图1所示，导体上的直流电流几乎均匀分布在导体内部，如图2和图3所示，随着交流电频率的升高，导体中出现交变的电磁场，导体内部的电流分布发生变化，电流主要集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面则电流越大，导体内部的电流很小甚至是无电流，因此趋肤效应导致高频信号传输时导体的电阻增加，导体损耗也随之增加。

如图4所示，在高波特率工作场景下，驱动芯片和调制器芯片采用直接电耦合方式进行连接，驱动芯片的输出级需要从调制器芯片端有一直流电流回流至驱动芯片，一般为从调制器芯片的负载端沿着调制器电极传输线的信号线回流至驱动芯片，而此直流电流很可能较大，有些输出电压摆幅大的驱动芯片在正常工作条件下，需要调制器芯片端回流的电流可达100mA，甚至更大，因此对调制器的电极传输线的电流承受能力提出了较高的要求。然而调制器的电极传输线采用CMOS兼容工艺制作，其厚度往往很有限，一般在2um以内，虽然增大信号线的电极宽度可增强其电流承受能力，但是受到调制器特征阻抗的设计要求，调制器的信号线宽度很难加宽到足够安全承载100mA以上的大电流。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电极传输线及包含有该电极传输线的硅基电光调制器。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电极传输线，包括：至少两层金属层，且每层金属层由若干金属电极组成，且相邻金属层中对应位置的金属电极的两侧通过通孔进行电学接触，形成矩形框体状的电极结构。

进一步的，各个金属层中金属电极的分布、形状及尺寸相一致。

第二方面，本发明还提供一种硅基电光调制器，该硅基电光调制器包括所述的电极传输线。

进一步的，所述电极传输线中的最顶层金属层作为该硅基电光调制器的电极PAD层。

进一步的，所述电极传输线中的最底层金属层通过通孔与该硅基电光调制器的PN结连接。

进一步的，所述的一种硅基电光调制器，还包括：硅衬底及位于所述硅衬底上方的二氧化硅隔离层，所述PN结制备在所述二氧化硅隔离层上。