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JP-2026514888-A - 電磁波を変調するデバイスおよびそのデバイスを生産する方法

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Abstract

デバイス（１００）、好ましくは、電磁波の少なくとも１つの特性を修正するように適合および配置されたデバイス（１００）、より好ましくは、電磁波を変調するように適合および配置されたデバイス（１００）であって、ａ．電磁波の伝播のために適合および配置された導波路（１０１）と、ｂ．第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）であって、ｉ．デバイス（１００）の断面において、第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）は、Ａ．第１の要素（１０２）の第１のセクション（１０４）が、第２の要素（１０３）の第１のセクション（１０５）にオーバーラップし、Ｂ．第１の要素（１０２）の付加的なセクション（１０６）が、第２の要素（１０３）にオーバーラップせず、Ｃ．第１の要素（１０２）の第１のセクション（１０４）が、第２の要素（１０３）の第１のセクション（１０５）から第１の距離（１０８）で離間するように配置されており、ｉｉ．第１の要素（１０２）の第１のセクション（１０４）および第２の要素（１０３）の第１のセクション（１０５）が、充電および放電されるように適合および配置されている、第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）と、ｃ．本デバイス（１００）の断面において、第１の要素（１０２）の付加的なセクション（１０６）にオーバーラップするように配置された付加的な要素（１０９）と、ｄ．任意選択で、本デバイス（１００）の断面において、第２の要素（１０３）の付加的なセクション（１０７）にオーバーラップするように配置されたさらなる付加的な要素（１１０）とを備える、デバイス（１００）。

Inventors

  • フィッシュバッハ，ヤン デイビッド
  • ヘイゲバールト，セドリック

Assignees

  • ブラック セミコンダクター ゲーエムベーハー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240418
Priority Date
20230420

Claims (15)

  1. デバイス（１００）であって、 ａ．電磁波の伝播のために適合および配置された導波路（１０１）と、 ｂ．第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）であって、 ｉ．前記デバイス（１００）の断面において、前記第１の要素（１０２）および前記第２の要素（１０３）は、 Ａ．前記第１の要素（１０２）の第１のセクション（１０４）が前記第２の要素（１０３）の第１のセクション（１０５）にオーバーラップし、 Ｂ．前記第１の要素（１０２）の付加的なセクション（１０６）が前記第２の要素（１０３）にオーバーラップせず、 Ｃ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）が、前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）から第１の距離（１０８）で離間する ように配置されており、 ｉｉ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）および前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）が、充電および放電されるように適合および配置されている、 第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）と、 ｃ．前記デバイス（１００）の前記断面において、前記第１の要素（１０２）の前記付加的なセクション（１０６）にオーバーラップするように配置された付加的な要素（１０９）と、 ｄ．任意選択で、前記デバイス（１００）の前記断面において、前記第２の要素（１０３）の付加的なセクション（１０７）にオーバーラップするように配置されたさらなる付加的な要素（１１０）と を備える、デバイス（１００）。
  2. 前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）および前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）は、５０ｎｓ未満のＲＣ時定数を有するように適合および配置されている、請求項１に記載のデバイス。
  3. 以下のうちの少なくとも１つまたはすべてが適用される、請求項１または２に記載のデバイス。 ａ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）、前記第１の要素（１０２）の前記付加的なセクション（１０６）、またはその両方がグラフェンを含む、 ｂ．前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）、前記第２の要素（１０３）の付加的なセクション（１０７）、またはその両方がグラフェンを含む。
  4. 前記付加的な要素（１０９）、前記さらなる付加的な要素（１１０）、またはその両方は、充電されるか、放電されるか、またはその両方が行われるように適合および配置されている、請求項１から３のいずれかに記載のデバイス。
  5. 前記付加的な要素（１０９）、前記さらなる付加的な要素（１１０）、またはその両方は、以下の特性のうちの少なくとも１つまたはすべてを有する、請求項１から４のいずれかに記載のデバイス。 ａ．少なくとも１０ ４ Ｓ／ｍの電気伝導率、 ｂ．グラフェンを含む、 ｃ．２×１０ －４ から０．６ｄＢ／μｍの範囲内の光減衰係数を有するように適合および配置されている、 ｄ．可変の光減衰係数を有するように適合および配置されている。
  6. 以下のうちの少なくとも１つまたはすべてが適用される、請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。 ａ．前記第１の要素（１０２）および前記第２の要素（１０３）が、前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）と前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）との間に第１の電位差を生み出すように適合および配置されている、 ｂ．前記第１の要素（１０２）および前記付加的な要素（１０９）が、前記第１の要素（１０２）の前記付加的なセクション（１０６）と前記付加的な要素（１０９）との間に第２の電位差を生み出すように適合および配置されている、 ｃ．任意選択で、前記第２の要素（１０３）および前記さらなる付加的な要素（１１０）が、前記第２の要素（１０３）の前記付加的なセクション（１０７）と前記さらなる付加的な要素（１１０）との間に第３の電位差を生み出すように適合および配置されている。
  7. 前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）および前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）は、以下のうちの少なくとも１つまたはすべてのために適合および配置されている、請求項６に記載のデバイス。 ａ．０．０５ｐｓから７０ｎｓの時間間隔にわたって前記第１の電位差を少なくとも５％変更する、 ｂ．少なくとも１００ｐｓの時間間隔にわたって前記第２の電位差を１５％未満変更する。
  8. 以下のうちの少なくとも１つまたはすべてが適用される、請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。 ａ．前記付加的な要素（１０９）は、前記付加的な要素（１０９）と前記第２の要素（１０３）との間に第１の隙間（１１５）が形成されるように配置されている、 ｂ．前記さらなる付加的な要素（１１０）は、前記第１の要素（１０２）と前記さらなる付加的な要素（１１０）との間に付加的な隙間（１１７）が形成されるように配置されている。
  9. デバイスを生産する方法であって、前記方法は、 ａ．構造（１４０）を用意するステップ を含み、前記構造（１４０）は、 ｉ．第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）であって、 Ａ．前記構造（１４０）の断面において、前記第１の要素（１０２）および前記第２の要素（１０３）は、 Ｉ．前記第１の要素（１０２）の第１のセクション（１０４）が前記第２の要素（１０３）の第１のセクション（１０５）にオーバーラップし、 ＩＩ．前記第１の要素（１０２）の付加的なセクション（１０６）が前記第２の要素（１０３）にオーバーラップせず、 ＩＩＩ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）が、前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）から第１の距離（１０８）で離間する ように配置されており、 Ｂ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）および前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）が、充電および放電されるように適合および配置されている、 第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）と、 ｉｉ．前記構造（１４０）の前記断面において、前記第１の要素（１０２）の前記付加的なセクション（１０６）にオーバーラップするように配置された付加的な要素（１０９）と、 ｉｉｉ．任意選択で、前記構造（１４０）の前記断面において、前記第２の要素（１０３）の前記付加的なセクション（１０７）にオーバーラップするように配置されたさらなる付加的な要素（１１０）と を備え、前記方法はさらに、 ｂ．導波路（１０１）と前記構造（１４０）とを互いに重ね合わせるステップを含む、方法。
  10. 請求項９に記載の方法に従って取得可能なデバイス。
  11. 少なくとも１つの修正された特性を有する電磁波を生み出す方法であって、 ａ．請求項１から８のいずれかに記載のデバイスを用意するステップと、 ｂ．前記導波路を通るように電磁波を伝播させるステップと、 ｃ．前記第１の要素の前記第１のセクションと前記第２の要素の前記第１のセクションとの間に第１の電位差を印加するステップと、 ｄ．前記第１の要素の前記付加的なセクションと前記付加的な要素との間に第２の電位差を印加するステップと を含む、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法によって取得される、修正された電磁波。
  13. 電磁波の少なくとも１つの特性を修正するように適合および配置されたデバイスの少なくとも１つの要素の少なくとも１つのセクションの光減衰係数を低下させる電位差の使用であって、前記電位差は、少なくとも１００ｐｓの時間間隔にわたって１５％未満変更される、電位差の使用。
  14. 少なくとも１００ｐｓの時間間隔にわたって１５％未満変更される電位差を使用して、前記デバイスの少なくとも１つの要素の少なくとも１つのセクションの光減衰係数を低下させる、電磁波の少なくとも１つの特性を修正するように適合および配置されたデバイスの使用。
  15. 光電子デバイスを生産するための構造（１４０）の使用であって、前記構造は、 ａ．第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）であって、 ｉ．前記構造（１４０）の断面において、前記第１の要素（１０２）および前記第２の要素（１０３）は、 Ａ．前記第１の要素（１０２）の第１のセクション（１０４）が前記第２の要素（１０３）の第１のセクション（１０５）にオーバーラップし、 Ｂ．前記第１の要素（１０２）の付加的なセクション（１０６）が前記第２の要素（１０３）にオーバーラップせず、 Ｃ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）が前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）から第１の距離（１０８）で離間する ように配置されており、 ｉｉ．前記第１の要素（１０２）の前記第１のセクション（１０４）および前記第２の要素（１０３）の前記第１のセクション（１０５）が、充電および放電されるように適合および配置されている、 第１の要素（１０２）および第２の要素（１０３）と、 ｂ．前記構造（１４０）の前記断面において、前記第１の要素（１０２）の前記付加的なセクション（１０６）にオーバーラップするように配置された付加的な要素（１０９）と、 ｃ．任意選択で、前記構造（１４０）の前記断面において、前記第２の要素（１０３）の付加的なセクション（１０７）にオーバーラップするように配置されたさらなる付加的な要素（１１０）と を備える、構造（１４０）の使用。

Description

本発明は、電磁波の１つまたは複数の特性を変調するかまたは変更するデバイスに関する。本発明は、そのデバイスを生産する方法にも関する。 電磁波の１つまたは複数の特性を変調できるかまたは変更できるデバイスは、光通信システムにとって、例えば、光ファイバーを介したデータ伝送にとって重要な電子部品である。それらのデバイスに関する重要なパラメーターのいくつかは、帯域幅、動作速度、消光比、挿入損、エネルギー消費、および設置面積である。選択肢の一つにシリコンベースの変調器がある。しかし、シリコン変調器にはいくつかの欠点がある。例えば、シリコンベースの変調器は帯域幅が狭い。さらに、ＣＭＯＳ集積回路などの他の電子部品とシリコンベースの変調器を集積するためには、シリコンベースの変調器を前工程の一部として生産しなければならない。さらに、シリコンベースの変調器は、電子業界で開発されているより新しい技術と簡単に集積することができない。そのことは、いくつかの利点があるグラフェンベースの変調器とは対照的である。例えば、グラフェンベースの変調器は、シリコンベースの変調器と比べると帯域幅が広い。さらに、グラフェンベースの変調器は、集積を可能にするために大規模な開発を必要とせずに、後工程の一部として他の電子部品と集積できる。グラフェンベースの変調器は、電子業界のより新しい技術とより簡単に集積することもできる。グラフェンベースの変調器はさらに、表面領域のより良好な使用を可能にし、したがって、よりコンパクトな電子デバイスまたは電子システムを可能にする。グラフェンベースの変調器の例は、例えば、Ｌｉｕら（２０１１）、Ａ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、Ｎａｔｕｒｅ、４７４、６５、およびＬｉｕら（２０１２）、Ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒ、１２、１４８２に開示されている。 本発明の一目的は、現行技術が直面する欠点の少なくとも１つを少なくとも部分的に克服することである。 本発明のさらなる目的は、帯域幅がより大きいデバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを提供することである。 本発明のさらなる目的は、挿入損がより小さいデバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを提供することである。 本発明のさらなる目的は、エネルギー消費が削減されたデバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを提供することである。 本発明のさらなる目的は、変調深度がより大きいデバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを提供することである。 本発明のさらなる目的は、より大きいビットレートを可能にするデバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを提供することである。 本発明のさらなる目的は、デバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを生産する方法を提供することである。 本発明のさらなる目的は、デバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを生産する方法を提供することであり、その方法は実施がより簡単である。 本発明のさらなる目的は、デバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを生産する方法を提供することであり、その方法は、様々なデバイスを生産するためにより簡単に適合でき、前記デバイスは好ましくは電磁波の変調のために使用される。 本発明のさらなる目的は、デバイス、好ましくは電磁波を変調するデバイスを生産する方法を提供することであり、そのデバイスは、より長い帯域幅、より長いビットレート、およびより低いエネルギー消費など、改善された特性を有する。 本発明のさらなる目的は、より大きい帯域幅を可能にする、電磁波を変調する方法を提供することである。 本発明のさらなる目的は、エネルギーをあまり必要としない、電磁波を変調する方法を提供することである。 本発明のさらなる目的は、より大きいビットレートを可能にする、電磁波を変調する方法を提供することである。 本発明の好ましい実施形態 前述の目的の少なくとも１つを少なくとも部分的に満たす貢献が、本発明の実施形態のいずれかによって果たされる。 本発明の第１の実施形態は、デバイス、好ましくは電磁波の少なくとも１つの特性を修正するように適合および配置されたデバイス、より好ましくは電磁波を変調するように適合および配置されたデバイスであって、 ａ．電磁波の伝播のために適合および配置された導波路と、 ｂ．第１の要素および第２の要素であって、 ｉ．本デバイスの断面において、第１の要素および第２の要素は、 Ａ．第１の要素の第１のセクションが第２の要素の第１のセクションにオーバーラップし、 Ｂ．第１の要素の付加的なセクションが第２の要素にオーバーラップせず、 Ｃ．第１の要素の第１のセクションが第２の要素の第１のセクションから第１の距離で離間する ように配置されており、 ｉｉ．第１の要素の第１のセクションおよび第２の要素の第１のセクションが、充電および放電されるように適合および配置されている、 第１の要素および第２の要素と、 ｃ．本デバイスの断面において、第１の要素の付加的なセクションにオーバーラップするように配置された、付加的な要素と、 ｄ．任意選択で、本デバイスの断面において、第２の要素の付加的なセクションにオーバーラップするように配置された、さらなる付加的な要素と を備えるデバイスである。 第１の実施形態の一態様では、第１の要素の第１のセクションおよび第２の要素の第１のセクションがキャパシターとして機能するように適合および配置されていることが好ましい。 本デバイスの好ましい実施形態では、第１の要素の第１のセクションおよび第２の要素の第１のセクションは、５０ｎｓ未満、好ましくは１０ｎｓ未満、より好ましくは１ｎｓ未満、さらに好ましくは０．５ｎｓ未満のＲＣ時定数を有するように適合および配置されている。この好ましい実施形態は本デバイスの第２の実施形態であり、好ましくは、本発明の第１の実施形態に依存する。 第２の実施形態の一態様では、ＲＣ時定数が少なくとも０．２ｐｓ、好ましくは少なくとも０．５ｐｓ、より好ましくは少なくとも１ｐｓであることが好ましい。第２の実施形態の一態様では、ＲＣ時定数が０．２ｐｓから５０ｎｓの範囲内に、より好ましくは０．５ｐｓから１０ｎｓの範囲内に、さらに好ましくは１ｐｓから１ｎｓの範囲内にあることが好ましい。 本デバイスの好ましい実施形態では、本デバイスの断面において、第２の要素の付加的なセクションは第１の要素にオーバーラップしない。この好ましい実施形態は本発明の第３の実施形態であり、好ましくは本発明の第１から第２の実施形態のいずれかに依存する。 本デバイスの好ましい実施形態では、導波路は、第１の要素の第１のセクション、第２の要素の第１のセクション、または第１の要素の第１のセクションおよび第２の要素の第１のセクションの両方と光電子相互作用した状態になるように適合および配置されている。この好ましい実施形態は本発明の第４の実施形態であり、好ましくは、本発明の第１から第３の実施形態のいずれかに依存する。 本デバイスの好ましい実施形態では、以下のうちの少なくとも１つまたはすべてが適用される。 ａ．第１の要素の第１のセクション、第１の要素の付加的なセクション、またはその両方がグラフェンを含む、 ｂ．第２の要素の第１のセクション、第２の要素の付加的なセクション、またはその両方がグラフェンを含む。 この好ましい実施形態は本発明の第５の実施形態であり、好ましくは、本発明の第１から第４の実施形態のいずれかに依存する。 第５の実施形態の一態様では、特徴ａ．およびｂ．の考え得るすべての組み合わせが本実施形態の好ましい態様である。それらの組み合わせは、例えば、ａ；ｂ；ａ＋ｂである。第５の実施形態の一態様では、第１の要素の第１のセクションおよび第１の要素の付加的なセクションの両方がグラフェンを含むことが好ましい。第５の実施形態の一態様では、第２の要素の第１のセクションおよび第２の要素の付加的なセクションの両方がグラフェンを含むことが好ましい。第５の実施形態の一態様では、第１の要素の第１のセクションおよび第２の要素の第１のセクションの両方がグラフェンを含むことが好ましい。第５の実施形態の一態様では、第１の要素の付加的なセクションおよび第２の要素の付加的なセクションの両方がグラフェンを含むことが好ましい。 本デバイスの好ましい実施形態では、付加的な要素、さらなる付加的な要素、またはその両方は、充電されるか、放電されるか、またはその両方が行われるように適合および配置されている。この好ましい実施形態は本発明の第６の実施形態であり、好ましくは、本発明の第１から第５の実施形態のいずれかに依存する。第６の実施形態の一態様では、付加的な要素、さらなる付加的な要素、またはその両方が充電されるように適合および配置されていることが好ましい。第６の実施形態の一態様では、付加的な要素およびさらなる付加的な要素が充電されるように適合および配置されていることが好ましい。 本デバイスの好ましい実施形態では、付加的な要素、さらなる付加的な要素、またはその両方が、以下の特性のうちの少なくとも１つまたはすべてを有する。 ａ．電気伝導率が少なくとも１０４Ｓ／ｍ、好ましくは少なくとも１０５Ｓ／ｍ、さらに好ましくは少なくとも１０６Ｓ／ｍ、 ｂ．グラフェンを含む、 ｃ．光減衰係数が２×１０－４から０．６ｄＢ／μｍの範囲内に、好ましくは２×１０－２から０．４０ｄＢ／μｍの範囲内に、より好ましくは０．１５から０．２５ｄＢ／μｍの範囲内になるように適合および配置されている、 ｄ．可変の光減衰係数を有するように適合および配置されている。 この好ましい実施形態は本発明の第７の実施形態であり、好ましくは、本発明の第１から第６の実施形態のいずれかに依存する。 第７の実施形態の一態様では、特徴ａ．からｄ．の考え得るすべての組み合わせが本実施形態の好ましい態様である。それらの組み合わせは、例えば、ａ；ｂ；ｃ；ｄ；ａ＋ｂ；ａ＋ｃ；ａ＋ｄ；ｂ＋ｃ；ｂ＋ｄ；ｃ＋ｄ；ａ＋ｂ＋ｃ；ａ＋ｂ＋ｄ；ａ＋ｃ＋ｄ；ｂ＋ｃ＋ｄ；ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄである。第７の実施形態の一態様では、前述の特徴の組み合わせが付加的な要素に適用されることが好ましい。第７の実施形態の一態様では、前述の特徴の組み合わせがさらなる付加的な要素に適用されることが好ましい。第７の実施形態の一態様では、前述の特徴の組み合わせが付加的な要素およびさらなる付加的な要素の両方に適用されることが好ましい。第７の実施形態の一態様では、付加的な要素、さらなる付加的な要素、またはその両方が、可変の光減衰係数を有するように適合および配置されており、前記光減衰係数が第７の実施形態の特徴ｃ．の範囲のうちの少なくとも１つに収まるように変更され得ることが好ましい。 本デバイスの好ましい実施形態では、以下のうちの少なくとも１つまたはすべてが適用される。 ａ．第１の要素および第２の要素が、第１の要素の第１のセクションと第２の要素の第１のセクションとの間に第１の電位差を生み出すように適合および配置されている、 ｂ．第１の要素および付加的な要素が、第１の要素の付加的なセクションと付加的な要素との間に第２の電位差を生み出すように適合および配置されている、 ｃ．第２の要素およびさらなる付加的な要素が、第２の要素の付加的なセクションとさらなる付加的な要素との間に第３の電位差を生み出すように適合および配置されている。 この好ましい実施形態は本発明の第８の実施形態であり、好ましくは、本発明の第１から第７の実施形態のいずれかに依存する。 第８の実施形態の一態様では、特徴ａ．からｃ．の考え得るすべての組み合わせが本実施形態の好ましい態様である。それらの組