低電力再構成可能フォトニックネットワークに向けた相変化光スイッチの研究
【研究キーワード】
相変化材料 / 光スイッチ / 光導波路 / シリコンフォトニクス / 省電力光ネットワーク / 光通信
【研究成果の概要】
シリコン光導波路にGST(GexSbyTez)、GSST(Ge2Sb2Se5-xTex)を積層した場合の複素屈折率変化に伴う伝搬光の位相変化をシミュレーションにより明らかにした。各々の結晶状態及びアモルファス状態における複素屈折率を、7.27+1.27i、4.33+0.129i、5.35+0.366i、3.19+0.0012iとする。シリコン細線導波路の場合、厚さ20 nm、長さ500 nmのGST薄膜は、結晶状態の損失4 dB、アモルファス状態の損失0.3 dBで180°の位相変化が得られる。一方、厚さ20 nm、長さ5000 nmのGSST薄膜は、結晶状態の損失4 dB、アモルファス状態の損失0.15 dBで180°の位相変化が得られる。シリコンリブ導波路の場合、厚さ20 nm、長さ500 nmのGST薄膜は、結晶状態の損失10 dB、アモルファス状態の損失0.6 dBで180°の位相変化が得られる。一方、厚さ25 nm、長さ5000 nmのGSST薄膜は、結晶状態の損失8 dB、アモルファス状態の損失0.35 dBで180°の位相変化が得られる。シリコンリブ導波路構造及び細線導波路において、シリコンフォトニクスプロセスで利用するTiN加熱ヒータを近傍に配置した場合の昇温特性をシミュレーションにより明らかにした。5.0 x 50 μmのヒータを2本平行に導波路から水平方向に1 μm離して配置し、7.3V、27mAの電流を注入して、0.2 Wの熱を生じさせる。いずれも40-50 μsで1100 K以上に昇温する。この温度は、結晶→アモルファス相転移に必要な融点よりも高いので、スイッチが動作する条件を一部満たしている。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
桑原 正史 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | エレクトロニクス・製造領域 | 上級主任研究員 | (Kakenデータベース) |
斎木 敏治 | 慶應義塾大学 | 理工学部(矢上) | 教授 | (Kakenデータベース) |
河島 整 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | エレクトロニクス・製造領域 | 総括研究主幹 | (Kakenデータベース) |
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【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31
【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)