SOI光波导器件研究进展及应用
SOI材料在光电子学中的应用
ｉ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ ＯＩ ｍａｅ ａ ｎ ｓｌ ｏ － ａ ｅ ｐ ｏ ｌｃｒ ｎ ｃ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ｎ ｌ ｄ ｎ ｈ ｅ ｅ ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓ ｉ ｃ ａ ｐ ｉ ｔ ｆＳ ｔｒ ｌ ｉ ｉ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｔ ｅｅ ｔ ｉ ｓ ａ ｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｃ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｉ ｉ ｏ ｏ ｔ ｅｍｏ ｏ ｔ ｅ ｉ ｅ ， ｌ ｃｒ － ｐ ｉ ｅ ｉｅ ， ｐ ｉａ ｏ ｐ ｅ ｉ ｈ ｃ ｎ ｅ ｔ ｕ — ｃ ｏ ｐ ｉａ ａ ｅ ｕ ｄ ｎ ｂ ｒ ｉ ｈ ｒ — ｐ ｉ ｄ ｖ ｃ ｓ ｅｅ ｔ ｏ ｔ ｄ ｖｃ ｓ ｏ ｔｃ ｌ ｕ ｌ ｒ ｃ ｏ ｃ ｃ ｗｈ ｃ ｏ ｎ ｃ ｓｓ ｂ ｍｉｒ ｎ ｏ ｔ ｌ ｗ ｖ ｇ ｉ ｅａ ｄ ｆ ｅ ， ｃ ｉ ｎ
ｔｇ ａｅ ｐｏ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｃ ｉ ｔ ． ｍａｌ ｒ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｒ ｓ —ｅ ｔ ｎ ｉ ｈ ｅ ｅｏ ｉｇ ｄ ｒ ｃｉ ｎ ｏ ＯＩｂ ｓ ｄ ｏ ｔ ａ ｅ ｒ ｔｄ ｏ ｔｅ ｅ ｔ ｉ ｈ ｐ ｅｃ Ｓ ｌ ｅ ｖ ｇ ｉｅ ｃ ｏ ｓ ｓ ｃ ｉ ｓ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｉｅ ｔ ｆ Ｓ — ａ ｅ ｐ ｉ ｌ ｏ ｏ ｔ ｏ ｃ
关键 词 ：Ｏ ； 波 导 ； Ｓ １光 硅基 ； 电子 学 ； 光 ； 光 热 电光 中图分 类号 ： Ｎ ５ Ｔ ２２ 文献标 识 码 ： Ａ ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ ．０ ２ ０ ．０ ｓ ５
一种基于SOI的集成光波导耦合系统的设计与制备
当光纤 的归一化 频率 Ｖ＜ ．０ ２ ４５时 ， 纤 以单模 光
模式传输 。光 纤 的半 径逐 渐 减 小 时 ， 纤 轴上 光 强 光
逐渐增 大 ， 能量越来 越集 中 ； 光 当半 径减小 到某一 值
项 目来 源 ： 国家 ９ ３ ｔ￣前 期 研 究 专 项 （０ ９ Ｂ ２ ２０ ； 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ０７ ２ ６ ６ ７７ １ ，０ ７ ０９ ； 点 实 验 ７ －ｑ ｉ： ２０ Ｃ ３６ ０ ） 国 ５９ ５６ ，０ ００ ４ ６ ７ ８２ ） 重 室 基 金 项 目 （１０ １０ ００ ０ ） 总 装 创新 项 目（ １０ ０ ） 山 西省 自然 科 学 基 金 项 目 （０ ０ １０ ３ ； 西 省 研 究 生 ９ ４ ｃ２４ ４ ９９ ； ７ ３９ ７ ； ２ １０ １０ ） 山
３ ２
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锥形 光纤 中的光传输将 由导 波场传输 变为倏逝 场传 输 。使 用 Ｂ Ａ Ｒ Ｐ软件 仿 真 锥形 光 纤 和平 面环 Ｅ ＭＰ Ｏ
形微 腔的耦 合 系统 。 图 １中 Ａ 曲线 表示 输 入 光 纤 的光的场强 ， Ｂ曲线 表示 输 出的光 场 强 。我 们可 以 看 出 ， 以倏 逝波 的形式从 光纤不断 的耦合 进微腔 。 光 其中， 耦合 间距 和微 腔 尺 寸也 是 影 响耦合 效 率 的重 要参 数 ， 我们 通过实 验 测得 其 与耦 合 效率 的关 系如
Ｅ Ａ Ｃ：２ ０ Ｅ Ｃ ７３
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光波导应用
光波导应用的实际应用情况1. 应用背景光波导是一种能够引导和传输光信号的结构，广泛应用于光通信、光传感、激光器、光放大器等领域。
相比传统的电导体，光波导具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰等优势，因此在信息传输和处理方面具有很大的潜力。
2. 应用过程2.1 光通信光通信是最常见的光波导应用之一。
在光通信系统中，光波导被用于传输大量的数据和信息。
其主要应用过程包括：•发射：在发送端，激光器将电信号转换为相应的光信号，并通过光波导将其引导到目标位置。
•传输：通过光波导，光信号在介质中以全内反射的方式进行传输，并沿着特定路径到达目标位置。
•接收：在接收端，通过接收器将接收到的光信号转换为电信号，并进行后续处理。
2.2 光传感除了在信息传输方面的应用，光波导还被广泛应用于光传感领域。
通过利用光波导对光信号的敏感性，可以实现高灵敏度、高分辨率的光传感器。
其主要应用过程包括：•输入：通过光波导将待测量的光信号引导到传感器中。
•传输：光信号在传感器内部与特定材料或结构相互作用，从而改变其特性。
•检测：通过检测器将传感器输出的信号转换为电信号，并进行进一步处理和分析。
2.3 激光器激光器是一种能够产生高强度、单色、相干的激光束的装置。
在激光器中，光波导被用于引导和放大激光信号。
其主要应用过程包括：•引导：通过光波导将激发能量引导到激活介质中。
•放大：在激活介质中，激发能量被转化为相干的光信号，并经过多次反射和放大，最终形成一个强度非常高且具有一定方向性的激光束。
2.4 光放大器光放大器是一种能够放大光信号的装置，其主要应用过程与激光器类似。
通过光波导引导入的光信号在激活介质中被放大，并最终输出一个强度较高的光信号。
光放大器广泛应用于光通信、激光雷达、医学成像等领域。
3. 应用效果3.1 光通信使用光波导进行数据传输的光通信系统具有以下优势：•高带宽：相比传统的铜缆或同轴电缆，光波导具有更高的传输带宽，可以支持更大容量的数据传输。
SOI历史、应用与发展(上)
SOI材料的发展历史、应用现状与发展新趋势（上）陈猛 王一波上海新傲科技有限公司1. 前言2006年随着65纳米工艺的成熟，英特尔公司65纳米生产线步入大批量生产阶段。
除英特尔外，美国德州仪器、韩国三星、日本东芝等世界上重要的半导体厂商的65纳米生产线也纷纷投产。
45纳米处在研发阶段，如英特尔己有两座12英寸厂开始试产，估计到2010年进入量产。
集成电路发展到目前极大规模的纳米技术时代，要进一步提高芯片的集成度和运行速度，现有的体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，在进一步减小集成电路的特征尺寸方面遇到了严峻的挑战，必须在材料和工艺上有新的重大突破。
目前在材料方面重点推动的绝缘体上的硅(SOI ,Silicon-on-insulator)等，被业界公认为纳米技术时代取代现有单晶硅材料的解决方案之一，是维持Moore定律走势的一大利器。
图1为国际上SOI材料头号供应商--法国Soitec公司给出的先进材料的发展路线图。
SOI，绝缘体上应变硅(sSOI)和绝缘体上锗(GOI)将成为纳米尺度极大规模集成电路的高端衬底材料[1]。
图1.纳米技术时代的高端衬底材料发展路线图2. SOI材料的优点绝缘体上的硅SOI(silicon-on-insulator)指的是绝缘层上的硅。
它是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料。
它通过绝缘埋层（通常为SiO2）实现了器件和衬底的全介质隔离，在器件性能上具有以下优点：1)减小了寄生电容，提高了运行速度。
与体硅材料相比，SOI器件的运行速度提高了20-35%；2)具有更低的功耗。
由于减少了寄生电容，降低了漏电，SOI器件功耗可减小35-70%；3)消除了闩锁效应；4)抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；5)与现有硅工艺兼容，可减少13-20%的工序。
SOI在高性能超大规模集成电路、高速存贮设备、低功耗电路、高温传感器、军用抗辐照器件、移动通讯系统、光电子集成器件以及MEMS(微机电)等领域具有极其广阔的应用前景，被国际上公认为“21世纪的硅集成电路技术。
SOI技术的应用
SOI技术的应用阮雄飞09电科2009118216摘要：SOI即绝缘衬底上的硅，也称为绝缘体上的硅。
SOI技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层，是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料。
它通过绝缘埋层（通常为SiO）实现了器件和衬底的全介2质隔离。
有关专家预测，在2012年之后，硅材料无论在质量还是在数量上，以及在直径增大上，都将上一个新的台阶。
现在的电子产品使用SOI材料的趋势将会继续下去，并且SOI覆盖面将会越来越广，可以说，SOI有良好的发展前景。
SOI技术适应范围很广，除了在集成电路中使用外，还被用于微光机电MEMS系统的制造，如3D反射镜阵列开关。
现在，科学家已经开始基于SOI 技术的光通信器件、微机械、传感器和太阳能电池的研发。
东芝研发中心、Atmel 公司、NXP等著名电子材料研发公司已经着力SOI技术的研究和革新，SOI技术正在日新月异地发展中。
因为SOI材料相比于其他硅材料的巨大优点，以及技术进步和市场驱动日益推动着SOI材料的商品化，SOI材料正在以强盛的势头发展着。
随着国际信息产业的迅猛发展，作为半导体工业基础材料的硅材料工业，尤其是SOI材料工业也将随之强势发展。
一、SOI技术在光电子学中的应用SOl材料应用于光电子学中制作光波导器件具有很多优点：SOI光电子工艺与标准的CMOS工艺完全兼容，为实现高集成度的光电子回路提供了可能；SOI材料具有很好的导波特性，传输损耗小；导波层硅和限制层二氧化硅之间的折射率差很大，单个器件有可能做得很小，有利于大规模集成；制备技术成熟多样，成本低廉[1]。
热光器件指的是利用材料的热光效应所制成的光波导器件。
所谓热光效应是指光介质的光学性质(如折射率)随温度变化而发生变化的物理效应。
SOI热光开关的响应速度比其他材料如SiO：和聚合物的要快，可以达到微秒量级甚至更小。
在大规模开关阵列研究方面，中科院半导体所[2]报道了16×16光开关阵列。
硅基光波导中啁啾高斯脉冲在反常色散区的传输特性
原子与分子物理学报JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS第38卷第1期2021年2月Vol. 38 No. 1Feb. 2021硅基光波导中*啾高斯脉冲在反常色散区的传输特性王红玉1,贾维国1,刘振打门克内木乐2(1.内蒙古大学物理科学与技术学院，呼和浩特010021； 2.内蒙古大学鄂尔多斯学院，鄂尔多斯017000)摘要：本文利用激光脉冲在硅基光波导(SOI )中传播时满足的非线性薛定铐方程，采用分步傅里叶变换，数值模拟了硅基光波导中O 啾高斯脉冲在反常色散区的传播特性.通过模拟发现，三阶色散正负主要决定了脉冲的振荡波形性质，克尔效应与双光子吸收对脉冲波形起调制作用，自由载流子效应则可以忽略.初始O 啾参数的正负存在影响了脉冲的振荡强｝变化和脉冲中心的漂移的趋势，并且无论是正O 啾还是负O 啾，脉冲振荡与漂移都随着O 啾的增大而更加剧,3,同时O 啾正向增大与负向增大，都将导致脉冲展宽越严重致主峰峰值越低.关键词：硅基光波导；高斯脉冲；O 啾；反常色散区中图分类号：O437 文献标识码：A DOI ： 10.19855/j.l000-0364.2021.015001Transmission characteristics of chirped Gaussian pulses in the anomalousdispersion region of silicon - on - insulator waveguidesWANG Hong-Yu 1, JIA Wei-Guo 1, LIU Zhen 1, MENKE Neimule 2(1. School of Physical Science and Technology , Inner Mongolia University , Hohhot 010021 , China ；2. Ordos College , Inner Mongolia University , Erdos 017000, China )Abstract : We numerically simulate the transmission characteristics of the Gaussian pulses in silicon - on - insu lator (SOI ) waveguides using the split 一 step Fourierm method with MATLAB. Through the simulation , it isfound that the oscillation property of Gaussian pulse is mainly determined by third 一 order dispersion. Kerr effect intensifies the oscillation and drift of the pulse and causes the pulse compression , two 一 photon absorption results in a decrease in pulse peak power and a faster decrease over short distances and the free carrier effect is negli gible. The existence of initial chirped parameters affects the oscillation strength and the drift of pulse center. Re gardless of whether chirp is positive or negative ，the main peak of the Gaussian pulse is decreasing. When the initial chirp coefficient increases positively or negatively ，the oscillations of the pulses are more intense ，and thedrift of the pulse center is more obvious.Key words : Silicon - on - insulator waveguides ; Gaussian pulse ; Chirp ； Anomalous dispersion region1引言1985 年，Donna Strickland 和 Gerard Mourou等提出的碉啾脉冲放大(C h irped Pulse Amplifica tion , CPA )技术直接推动了超强短激光和强场激光物理等研究领域的诞生，碉啾脉冲放大(CPA )技术是当今世界上超短激光脉冲系统中脉冲能量放大的主要手段[1'2]-硅基光波导(SOI )与常规的光纤波导相比，具有更强的非线性克尔效应⑶等 非线性光学特性和自身材料所决定的双光子吸收⑷、自由载流子吸收⑸以及自由载流子色散⑷等非线性过程，对光有很强的限制作用[7-12],且收稿日期：2019-11-29基金项目：国家自然科学基金(61167004)作者简介：王红玉(1995—)，女，山东省东营市广饶县人，硕士，主要从事非线性光学研究.E-mail ： 156****************通讯作者：贾维国.E-mail : ***************第38卷原子与分子物理学报第1期SOI工艺与CMOS集成工艺有较好的兼容性〔⑶，在路领用于各种重要器件，如光开关：14'16］，光波导耦合器［⑺，波导调制器〔⑻，光电探测器等•目前，有大量文献报道了高斯脉冲在光纤中的传输特性［型，其研究有比较普遍的现实意义•本文利用硅基导中所满足的方，通过分步傅里数值，探究了带有的高，在硅基导常色散的规律•分析了色散系数，克尔效应，双光子吸收，自流子效应对传输规律的•在人统波导研究的基础上,在导(硅基导)中的传输特行了更深入的研究分析•2理论模型模拟仿真中，所用的脊型SOI波导是在(100)晶面上沿着［011］晶向切割，因此，入射光沿［100］晶向偏振为准TM模，入射光沿［011］晶向偏振为准TE模.SOI波导宽度为呼二1从叫高度为H二0.6从叫刻蚀深度为h二0.3从叫波导长度入二1550nm.如图1所示.图1脊型SOI波导的结构图Fig.1The structure of the ridge SOI waveguide.在反常色，高z轴方y方•此高在SOI波导的传输满足非线性薛定铐方程(NLSE):d4i°d$41q d34匸+护齐-护荷=一1a z4一c4+ik0n fc4+iy I4I24(1)其中4为高的慢变包络振幅，炖，3各色散系数，大于100fs，不需要考虑受激拉曼效应和自陡峭效应［1］，所以色散只考虑色散•a/损耗系数，％自流子吸收参数，其表达式为:a轮二a N c，自由载流子系数a-1.45x10-21m2，自流子浓度N c可由速率方程求得:dd t=號I4(,t)r3(2)双光子吸收参数Q TP4«5x10-21m/W,h为普朗克常量，V o子频率，T c自流子.式(1)中k°为脉冲波矢，饮为自由载流子所引起的折射率的，可表示为：n fc二2E，k c二1.35x10-27m3,y是系数，它包含了非线性克尔效应和双光子吸收效应，其表达式为:y二n2k04eff+i Q TP4^4eff，其中，克尔系数n2~6X 10一18m2/W，A ef有效膜面积.引入群速度冬随脉冲移动的参考系，即T=t-z/v g=t-z/1，方程化为：d4i q d241q d3477+护存一訐3存+)+4124(3)对于输入碉啾高斯脉冲：4二槡呗-(V也)2)(4)其中，P。
SOI技术新趋势(上海新奥)
SOI材料的发展历史、应用现状与发展新趋势（下）陈猛 王一波上海新傲科技有限公司4. SOI的应用领域4.1 SOI的高端应用—8英寸和12英寸的薄膜SOI国际SOI市场95%的应用集中在8英寸和12英寸大尺寸薄膜SOI，其中绝大多数用户为尖端微电子技术的引导者，如IBM、AMD等。
目前供应商为法国Soitec、日本信越（SEH）、日本SUMCO，其中SOITEC前两家供应了几乎全部的SOI产品。
其主要驱动力来自于高速、低功耗SOI电路，特别是微处理器（CPU）应用，技术含量高，附加值大[2-4]。
例如，2005-2006财务年度Soitec公司销售的SOI圆片，12英寸占60%，8英寸占28%，其他占12%。
可见，SOI的高端应用，主要是需要12英寸的圆片。
SOI材料市场每年约扩大40％，2006年更是增长了将近100%。
预计到2010年，规模将超过10亿美元，远远高于硅材料每年7.7％的增长率。
届时SOI材料将占全部硅半导体材料的10％。
最近，SOI材料在民用设备中的应用越来越多，任天堂“Wii”、索尼计算机娱乐（SCE）“PS3”、美国微软“Xbox 360”等3款最新游戏机全部配备了采用SOI材料的处理器。
今后，还有望应用于数码相机、平板电视和汽车等使用的处理器和SoC（系统芯片）IBM和AMD等公司是SOI技术的主要推动者。
IBM在其纽约的12英寸生产线100%采用SOI材料以替代硅衬底材料，用SOI技术推出了新型AS/400服务器系列，比目前的高端机型的速度几乎快出4倍。
IBM、SONY、TOSHIBA联合开发SOI上90～45nm线宽的技术，并将S0I技术引入电子消费类芯片的生产中，市场非常广阔。
AMD将SOI技术移植入所有PC处理器，用于Athlon 64、Turion 64、Opteron等,是目前全球最大的SOI材料消费者。
AMD宣布转移至65纳米制程技术，并发表新一代高效能运算方案，推出高效能AMD Athlon 64 X2双核心桌上型处理器。
新型半导体器件的研发与应用
新型半导体器件的研发与应用近些年来，随着人工智能、5G等科技的迅猛发展，新型半导体器件也变得越来越重要。
随着半导体产业的竞争日趋激烈，各国纷纷投入巨资，积极研发新型半导体器件。
本文将从研发现状、应用前景、及未来发展等几个方面，来探讨新型半导体器件的研发与应用。
一、研发现状半导体器件的研发一般涉及到多个领域，例如材料、制造工艺、器件设计、测试等。
目前，主要有以下几种新型半导体器件:1. 全硅基集成电路：是一种所谓的三维集成电路，在垂直方向上，利用硅基多层薄膜技术实现了不同功能器件的集成。
2. 大气压等离子体晶体管：通过晶体管的温控制，实现了大气压下的稳定功率输出。
3. 垂直场效应晶体管：通过在垂直方向上控制场效应晶体管的电子透射性质，实现了高性能的开关器件。
此外，还有基于新型材料的半导体器件，比如碳化硅（SiC）器件和氮化镓（GaN）器件。
这些新型半导体器件主要的优点如下：1. 功耗更低：新型半导体器件一般都使用更低的电压、更小的电流和更高的频率。
2. 可靠性更高：新材料和设计方案，具有较高的抗辐射、抗高压、抗高温、抗击穿和抗电子迁移等方面的性能。
3. 尺寸更小：通过全硅基集成电路等技术，可以实现更高的集成度和更小的器件尺寸。
目前，新型半导体器件的研发主要集中在欧美和亚洲地区，特别是东亚国家，如中国、日本、韩国等，这些国家纷纷投入巨资，培养了一批高素质的研究团队，并获得了一些重要的突破。
二、应用前景新型半导体器件对很多行业的未来发展有着非常重要的影响。
以下是一些应用领域：1. 汽车电子：随着电动汽车的快速普及，大量IGBT和IGBT模块、碳化硅MOSFET等器件也将有着广阔的应用前景。
2. 工业自动化：新一代开关电源、大规模功率集成电路、以及机器人等方面的应用。
3. 5G通信：对于高频的信号处理和传输，广泛采用氮化镓相关器件。
4. 光电子器件：以近红外激光器、光电探测器、与量子点等器件为代表的光电子器件，在生物、医疗、工业等方面发挥了重要的作用。
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SOI光波导器件前沿研究光电信息学院赵正松2011059050025摘要：SOI（Silicon-on-insulator绝缘衬底上的硅）是一种折射率差大、波导传输损耗小的新型材料，SOI基光电子器件具有与微电子工艺兼容、能够实现OEIC单片集成等优点，近年来随着SOI晶片制备技术的成熟,SOI 基波导光波导器件的研究日益受到人们的重视.介绍了弯曲波导、光耦合器、可调谐光衰减器、光调制器和光开关等常见的SOI基光波导器件的一些研究进展。
引言：光纤通讯网络中，波分复用（WDM）是提高传输速率和扩大通讯容量的理想途径:通过在单根光纤中多个波长的复用，可以充分利用光纤巨大的带宽资源,实现不同数据格式信息的大容量并行传输，同时又可降低对器件的超高速要求。
在WDM网络中，网际间交叉互联（OXC）光信号上下载路（OADM）,以及波长变换等关键技术的实现使得WDM 网络具有高度的组网灵活性、经济性和可靠性。
在WDM光网络中，网际OXC和节点OADM功能是最核心的技术，光滤波器、光耦合器、光开关、可变光衰减器、波长变换器、复用与解复用器等是最关键的器件[1].在基于各种材料的光波导器件中,硅基光波导器件格外引人注目。
硅基光波导材料有SOI絶缘体上的硅）、SiO2/Si和SiGe/Si等多种.硅基光波导的优势在于:硅片尺寸大、质量高、价格低;硅基光波导材料具有较大的折射率差，便于缩小器件尺寸和实现平面光波回路（PLC单片集成；电学性能好，易于控制, 具备光电混合集成的潜力;机械性能好,加工方便,可以光刻腐蚀成各种三维光波导结构；硅的热导性和热稳定性好,可以直接用作集成芯片的热沉,器件封装结构简单.最重要的是硅的加工工艺与传统微电子工艺兼容,适合低成本制作硅基光电子集成（OEIC芯片。
本文主要研究的SOI硅基光波导材料全名为Silicon On Insulator是指硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在Silicon （硅）晶体管之间，加入绝缘体物质，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。
优点是可以较易提升时脉，并减少电流漏电成为省电的IG原本应通过交换器的电子，有些会钻入硅中造成浪费。
SOI 可防止电子流失。
摩托罗拉宣称中央处理器可因此提升时脉20%，并减低耗电30%。
除此之外，还可以减少一些有害的电气效应。
还有一点，可以说是很多超频玩家所感兴趣的，那就是它的工作温度可高达300°C,减少过热的问题。
SOI一开始是由美商IBM公司的芯片部门投入开发，最早用于MAC电脑的PowerPCG4处理器，除了IBM外，还有Motorola、德州仪器、NEC等公司投入SOI技术的开发工作。
但是Intel公司拒绝在其处理器产品中使用SOI技术，因为其认为SOI技术容易影响晶圆品质与减低晶体管交换速度，并且SOI上接合点也会减少，也就是一般制程中“漏电”的缺点所烦恼。
接下来本文将主要介绍几种常见的SOI基光波导器件包括弯曲波导、光耦合器、光衰减器、光调制器和光开关等近年来在国际国内的研究进展。
弯曲波导：在光学器件中,为了改变光束的传播方向经常需要使用弯曲波导.对于SOI脊形波导来说，虽然导波层硅和限制层二氧化硅之间的折射率差很大（硅为315,二氧化硅为1145）,波导在垂直方向上对光的限制很强,但是波导在水平方向上对光的限制是通过脊形结构实现的，这种限制较弱.因而当SOI波导发生弯曲时,弯曲损耗将会不可避免,甚至会成为器件的主要损耗来源.因此,采取措施减小弯曲损耗很有必要.减小弯曲损耗主要有两类方法: 1）选取合适的波导宽度、刻蚀比、弯曲半径参数值;2）采用特殊的弯曲结构,如在弯曲波导外侧刻槽,在波导连接处引入偏移等.波导的弯曲损耗随着弯曲半径、刻蚀比、波导宽度的增大而减小.减小弯曲半径将使有效折射率分布的斜率增大,光场中心向弯曲外侧偏移,使光场泄漏增大;对脊形弯曲波导进行深刻蚀,脊区与两侧平板区有效折射率的差异会增大,能减小弯曲损耗;波导宽度越大,波导边界处光场分量就越小,也能减小弯曲处光场泄漏。
光耦合器：耦合器是光纤通信中实现光信号分路合路的功能器件,是光学中最基本也最常见的一种器件,在光网络中有着广泛的应用.它可以构成分束器、光衰减器、马赫曾德干涉仪、光开关和环形激光器等各种光波导器件,是其他器件的基础•有研究人员制作了132单模T分支耦合器，其SOI脊型波导宽度为6卩m波导内脊高为815卩m刻蚀深度为3卩m器件的两个分支的损耗分别为510dB和512dB分光比为52 : 48.多模干涉耦合器是近年来出现的一种新型耦合器，它的基本原理是基于多模波导中光场的自映像效应,具有带宽宽、对偏振不敏感,器件制作容差大等优点,非常适合DWDM 光网络的应用。
而研究人员制作的434 普通双曲锥形多模干涉耦合器输出通道的功率不均衡性小于0136dB,器件长度比普通矩形多模干涉耦合器缩短了46%随着工艺技术的改进,2005年CMOS工艺生产线的线宽已经达到90 nm,其制作精度也达到了1〜10 nm.为了进一步缩小器件长度，人们开始采用纳米线波导代替传统大尺寸波导来制作波导器件。
Yamada H , Chu T首次报道了一种基于纳米线波导的定向耦合器，两个耦合波导的横截面尺寸为013卩m3013卩间距仅为013卩n如下图所示，由于两个波导之间很强的耦合作用,定向耦合器的耦合长度仅为10卩m当耦合波导之间的间距减少时，波导长度还可以进一步缩短.由此可以制作出结构非常紧凑的3 dB耦合器.光衰减器：可调谐光学衰减器（VOA作为光纤通信系统中的重要器件，广泛用于WDM 系统中信道的功率均衡、某些器件的过功率保护、构成其它光电功能模块以及有线电视网络节点处的功率均衡.Lin Yang , Y ulia ng Li等人采用传统的半导体工艺制作了多模干涉型光衰减器,输入输出波导采用多模波导,且在输入输出波导、多模干涉区和调制区的节点处采用大张角的锥形波导来进行连接,在不影响其衰减范围和响应速度的前提下显著降低了插入损耗•其在1525〜1565nm波长范围内的插入损耗为113〜319dB,最大衰减量为26dB,最大电功耗为369mW，响应时间为100卩基本上能够满足系统对光学衰减器低插入损耗、大衰减范围、快响应速度和宽光谱带宽的要求。
Bookham公司的I.Day等人在2003年的OFC上报道了基于Si的等离子色散效应的可变光衰减器.在器件的输入输出端采用了选择外延形成的模斑变换器,使输入输出端面和标准光纤的耦合损耗小于015dB.整个器件在1530〜1590nm的波段内的插入损耗在1dB左右，偏振相关损耗小于011 dB器件响应时间小于300 ns.光调制器：光调制器是一种重要的有源器件,它在光通信、光计算等领域都有广泛的应用.硅是中心对称晶体,一阶电光效应极其微弱.虽然硅的热光系数较大，但受自身导热性质的限制，热光调制器的调制频率无法超过1MHz,要实现高速调制只能通过等离子色散效应. Intel 公司在2004 年初利用成熟的微电子工艺在SOI上实现了调制速率达到1 GHz的光调制器。
器件采用MZI结构，调制区和CMOS二极管相似，如下图所示，由于电容两侧的载流子注入是在偏压作用下做漂移运动，而不像P - i - n结中载流子注入是扩散过程，因此它的调制速率大大提高•器件的插入损耗为1513dB.其后他们进一步优化设计，通过缩小脊形波导的尺寸，将波导截面尺寸从215a m3213u m降低到116a 口3110 n并用ELO(e pitaxiallateralovergrowth)技术生长出的单晶硅代替脊区的多晶硅，将调制频率提高到了10GHz 插, 入损耗为19 dB。
光开关：Si是一种很好的热光开关材料，具有大的热光系数和高的热导率，在波长为1155" 时，分别为1186310 - 4/ K和156 W/ m2K.因此SOI热光开关的响应速度比其它材料如SiO2和聚合物的要快，可以达到as量级甚至更小.热光开关通常采用MZI 结构.它们都是在介质材料上先做上波导结构,然后在波导上蒸镀金属膜加热器,当金属膜通电发热时,其下面的波导折射率就会发生变化,从而实现对光的调制•美国Columbia大学的Osgood小组2003年制作的131MZI热光开关采用了016a m3012Qi m的矩形截面的单模波导•在波长1155am时，开关功耗50mW,开关时间小于315a S由于波导截面尺寸太小，由边界粗糙造成的散射损耗很大，且和光纤的耦合损耗很大.传输损耗和耦合损耗使得整个开关的插入损耗高达32 dB。
Bookham公司的A. House等人在OFC2003上报道了232的MMI2MZI热光开关,单模波导采用大截面脊型波导结构.开关性能如下：开关功耗400mW,响应时间10± 2 a 消光比2315dB附加损耗110dB芬兰Helsinki大学和VTT研究所在2004年共同报道了232的MZI热光开关［16 ］，开关是基于10 a 口39卩曲勺大截面脊型SOI单模波导•开关由数字信号处理器和简单的电子回路驱动，采用差分控制技术获得快速响应，响应时间小于1 a s在大规模开关阵列研究方面，中科院半导体所［17］报道了16316光开关阵列，器件的消光比为1318dB〜2412dB开关单元采用MMI2MZI 结构的232开关，开关单元的功耗为210 mW〜230 mW响应时间小于3卩S将SOI纳米线引入到热光开关中,有助于器件尺寸和功耗的减小。
SOI应用：SOI材料是应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料，在光电子学领域有很多具体的应用，如在热光器件、电光器件、亚微米波导器件与光纤的耦合器等方面的应用。
热光器件：热光器件指的是利用材料的热光效应所制成的光波导器件。
所谓热光效应是指光介质的光学性质(如折射率)随温度变化而发生变化的物理效应。
典型的硅基热光开关材料有SiO2、Si 等。
硅基热光波导器件相对于其他类型的光开关调制器件有明显的优点，如制作简单、成品率高、成本低、易于集成等。
然而缺点也很突出，如开关时间长(毫秒，微秒量级)，但是这些缺点在一定程度上可以通过结构上的精心设计加以改进。
比如适当增加调制区长度缩短开关时间、采用紧凑的结构减小器件尺寸和功耗等。
这些改进也使得热光开关成为光网络，尤其是大容量光网络看好的光开关，尤以SiO2和SOI热光开关阵列的发展让人瞩目。
Si 是一种很好的热光开关材料，具有大的热光系数和高的热导率，在波长为1. 55am时，分别为1. 86310-4 /K和156 W/m2K。
因此SOI热光开关的响应速度比其他材料如SiO2和聚合物的要快，可以达到微秒量级甚至更小。