本發(fā)明涉及硅基光子集成，尤其涉及一種基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器及其制作方法、存儲設備。

背景技術(shù)：

1、隨著摩爾定律接近極限，傳統(tǒng)電子系統(tǒng)在計算速度和功耗方面的性能提升受到了限制，這是因為現(xiàn)有的馮諾依曼架構(gòu)導致內(nèi)存和計算單元之間的信息流受阻。為了克服這一挑戰(zhàn)，人們正在尋找新的解決方案，其中光子內(nèi)存計算因其寬帶、高速傳輸和高能效的特點被視為一種有希望的替代方案。然而，目前的光子計算器件存在易失性和高功耗的問題，不利于大規(guī)模集成。

2、相變材料是一種具有溫度響應性的材料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨溫度變化而改變。通過控制溫度，相變材料可以在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變速度非?？?，因此被廣泛應用于動態(tài)顯示和可重構(gòu)光子器件等領(lǐng)域。以ge、se和te為主要元素的硫系相變材料由于其非揮發(fā)性和多態(tài)性而備受關(guān)注。因此，如何將pcm與集成波導結(jié)合使用，以實現(xiàn)光學存儲器等可重構(gòu)光子器件對解決傳統(tǒng)電子系統(tǒng)在計算速度和功耗方面的性能受限問題具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器及其制作方法、存儲設備。

2、本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器的制作方法，所述方法包括：

3、對跑道型微環(huán)諧振器進行仿真：對跑道微環(huán)諧振腔與總線波導之間的耦合間隙和耦合長度進行仿真得到最優(yōu)耦合間隙和最優(yōu)耦合長度，跑道型微環(huán)諧振器包括芯層和設置在芯層的跑道型微環(huán)結(jié)構(gòu)，跑道型微環(huán)結(jié)構(gòu)包括跑道微環(huán)諧振腔、總線波導和設置在總線波導上的位于總線波導與跑道微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)域的光存儲介質(zhì)；

4、制作芯層：制備襯底，并依次將襯底置于丙酮溶液、異丙醇溶液中進行超聲清洗，去除襯底上的雜質(zhì)得到芯層；

5、形成波導結(jié)構(gòu)：根據(jù)仿真得到的最優(yōu)耦合間隙和最優(yōu)耦合長度，通過電子束曝光技術(shù)在芯層上進行跑道微環(huán)諧振腔和總線波導的曝光；

6、沉積光存儲介質(zhì)：準備光存儲介質(zhì)靶材，利用磁控濺射在曝光波導結(jié)構(gòu)后的總線波導上沉積光存儲介質(zhì)，沉積厚度為1～100nm，光存儲介質(zhì)在外部激勵作用下改變應激位置的相變狀態(tài)，以通過光存儲介質(zhì)的不同相態(tài)進行信息的存儲。

7、進一步地，所述方法還包括：

8、沉積介質(zhì)薄膜：利用原子層沉積技術(shù)在光存儲介質(zhì)表面沉積包層介質(zhì)薄膜，沉積厚度10～30nm。

9、進一步地，沉積光存儲介質(zhì)步驟中磁控濺射的濺射條件為：

10、功率范圍50～120w，轉(zhuǎn)速10～20r/min，濺射時間1～10min。

11、進一步地，在沉積光存儲介質(zhì)之前，還包括：

12、向所述磁控濺射環(huán)境通入冷卻水；

13、將執(zhí)行磁控濺射技術(shù)的反應室內(nèi)進行抽真空處理，隨后通入保護氣體，使得反應室內(nèi)的最終氣壓范圍為0.5～2pa。

14、進一步地，所述光存儲介質(zhì)為由sb、se元素構(gòu)成的相變材料化合物，或由ge、sb、se元素構(gòu)成的gst材料或n-gst材料。

15、進一步地，所述襯底為soi、玻璃片、石英片或硅片。

16、進一步地，所述包層介質(zhì)薄膜為al2o3。

17、進一步地，所述芯層的長度為1.5mm，寬度為1.5mm；所述總線波導的寬度為450nm，高度為220nm，長度為200μm；所述跑道微環(huán)諧振腔的半徑為5μm，耦合長度為3μm；

18、所述光存儲介質(zhì)的長為400nm，寬為450nm，高為1～100nm。

19、本發(fā)明的另一方面還提供了一種基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器，包括包層、記錄層和芯層，記錄層采用跑道型微環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，跑道型微環(huán)結(jié)構(gòu)包括跑道微環(huán)諧振腔、總線波導和設置在總線波導上的位于總線波導與跑道微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)域的光存儲介質(zhì)；

20、所述跑道微環(huán)諧振腔為長條形的環(huán)結(jié)構(gòu)，所述長條形的環(huán)結(jié)構(gòu)的長軸方向與總線波導側(cè)耦合；

21、所述總線波導包括輸入?yún)^(qū)波導和輸出區(qū)波導，光存儲介質(zhì)位于輸入?yún)^(qū)波導和輸出區(qū)波導之間，輸入?yún)^(qū)波導的輸出端與光存儲介質(zhì)的輸入端連接，光存儲介質(zhì)的輸出端與輸出區(qū)波導的輸入端連接；

22、外部激勵信號作為光信號通過光纖由總線波導的輸入?yún)^(qū)波導輸入，一部分光繼續(xù)沿總線波導方向傳輸，由光存儲介質(zhì)進入總線波導的輸出區(qū)波導，另一部分光耦合進入跑道微環(huán)諧振腔中，經(jīng)過在跑道微環(huán)諧振腔中的循環(huán)傳輸后，耦合回到總線波導的輸出區(qū)波導；兩部分光在總線波導的輸出區(qū)波導相遇后發(fā)生干涉，輸出調(diào)制光信號；

23、基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器的工作原理為：通過外部激勵信號照射總線波導的光存儲介質(zhì)，外部激勵信號的強度和持續(xù)時間引起光存儲介質(zhì)的局部加熱，使光存儲介質(zhì)從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，或相反，光存儲介質(zhì)狀態(tài)變化導致材料的光學性質(zhì)發(fā)生變化，從而實現(xiàn)編碼數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)讀取過程包括：發(fā)送探測光束照射到總線波導的光存儲介質(zhì)，由于光存儲介質(zhì)的不同光學特性，探測光束會在不同的狀態(tài)下產(chǎn)生不同的反射或透射特性，通過光探測器接收從總線波導的輸出區(qū)波導中散射或透出的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過解碼過程恢復存儲的數(shù)據(jù)。具體的，光存儲介質(zhì)(如sb2se3材料、gst材料或n-gst材料)能夠在不同的相態(tài)(如晶態(tài)和非晶態(tài))之間轉(zhuǎn)換，這些相態(tài)具有不同的光學性質(zhì)，如折射率和吸收率。這種材料在光波導結(jié)構(gòu)中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。光波導中嵌入相變材料層，這些波導結(jié)構(gòu)通常由一個光導核心(如硅)和覆蓋有相變材料的層組成。光波導引導光信號通過相變材料層。使用激光束(通常是脈沖激光)照射到光波導中的相變材料層。激光的強度和持續(xù)時間會引起相變材料的局部加熱。通過激光加熱使相變材料從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，或相反。這種狀態(tài)變化會導致材料的光學性質(zhì)發(fā)生變化，從而編碼數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取過程包括：探測光束：發(fā)射一個較低強度的光束(通常是連續(xù)波激光)照射到光波導中的相變材料層；光信號變化：由于相變材料的不同光學特性(如折射率和吸收率)，探測光束會在不同的狀態(tài)下產(chǎn)生不同的反射或透射特性；探測與解碼：通過光探測器接收從波導中散射或透出的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過解碼過程恢復存儲的數(shù)據(jù)。

24、本發(fā)明的另一方面還提供了一種存儲設備，包括外部激勵模塊和陣列集成化設置的如上所述的基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器。

25、本發(fā)明實施例提供的基于光存儲介質(zhì)的波導存儲器及其制作方法、存儲設備，通過對跑道型微環(huán)諧振器進行仿真，確認跑道微環(huán)諧振腔與總線波導之間的最優(yōu)耦合間隙和最優(yōu)耦合長度，然后制作芯層，根據(jù)仿真得到的最優(yōu)耦合間隙和最優(yōu)耦合長度在芯層上形成跑道微環(huán)諧振腔和總線波導，并利用磁控濺射在總線波導上沉積光存儲介質(zhì)，所述光存儲介質(zhì)在外部激勵作用下會改變應激位置的相變狀態(tài)，以通過光存儲介質(zhì)的不同相態(tài)實現(xiàn)信息的存儲。該存儲器無毒，對人體和環(huán)境友好，制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單，易于大規(guī)模制造，而且能夠有效地解決傳統(tǒng)電子系統(tǒng)在計算速度和功耗方面的性能受限問題。

26、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。