一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件

本发明涉及相变材料以及光电子器件，具体涉及一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件。

背景技术：

1、相变材料由于其晶相与非晶相明显的性质差异可作为存储器使用，具体分为电存储与光存储。相较于电存储器件，集成光子器件具有低延迟、高带宽等优点，是新型数据存储的重要发展方向之一。光开关作为可重构光学器件，是集成光学器件的重要组成部分之一，可用于控制光信号的传播路径，也可调整光信号的相位、振幅等，为集成光学器件提供了可编程性。

2、目前，传统的光开关材料以机械型光开关为主，其原理是通过机械装置移动光纤重新定向光信号，但开关作用时间长，处于毫秒级别，体积大，不利于大规模集成。基于相变材料制备的光开关器件所需的开关时间仅在纳米级别，且体积小，集成度高。相变材料的非晶相对应于开态，晶体相对应于关态，通过外部激励等手段控制相变材料的状态，就可实现开关功能。但目前传统的相变材料，如锗锑碲，在光通讯工作波段内两相之间的光学对比度较小，导致其开关比不够大，不利于调节信号输出的强度，因此需要开发具有本征光学对比度较大的新材料来提升光开关的性能。

技术实现思路

1、为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，该开关器件中银锡硒与银锡碲的非晶相表现出半导体性，晶体相表现出金属性，其光学性质存在明显差异，具有较大的光学对比度，能够应用于光开关器件。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，所述光开关器件的整体结构共四层，自下至上依次为衬底、波导介质层、相变层和保护层，所述光开关器件的相变层的材料为银锡硒或银锡碲，银锡硒化学式为agxsnysez，银锡碲化学式为agxsnytez，其中0<x<2,0<y<2,1<z<3。

4、所述银锡硒、银锡碲相变材料，其非晶相呈现出半导体性，晶体相呈现出金属性，其晶体相的消光系数大于非晶相，在光通讯波段(1500nm～1600nm)，晶体相与非晶相之间的光学对比度大于20％。

5、所述银锡硒、银锡碲相变材料的晶体相为立方岩盐结构，其中银原子与锡原子随机占据类阳离子格点位置，硒原子或碲原子占据类阴离子格点位置。

6、所述衬底材料包括为sio2、si材料的其中一种，所述波导介质层材料为si、si3n4材料的其中一种，所述保护层材料为sio2、ito材料的其中一种。

7、所述银锡硒、银锡碲相变层的制备方式，包含但不限于磁控溅射、真空蒸镀、原子层沉积、化学气相沉积的方法。

8、所述银锡硒、银锡碲非晶相与晶体相之间的切换可通过外界激励，为激光脉冲、电学脉冲的其中一种。

9、所述光开关器件单元长为1～10μm，所述波导介质层的厚度范围为10～300nm；所述相变层的厚度范围为3～200nm；所述保护层的厚度范围为5～100nm。

10、所述相变层为银锡硒材料时，其相变层为非晶相时器件为打开状态，入射光正常通过；相变层为晶体相时器件为关闭状态，入射光被阻挡，非晶相与晶体相之间的器件透射率对比度超过30％。

11、所述相变层为银锡碲材料时，其相变层为非晶相时器件为打开状态，入射光正常通过；相变层为晶体相时器件为关闭状态，入射光被阻挡，非晶相与晶体相之间的透射率对比度超过30％。

12、所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件用于光信号的传输或切换的应用。

13、所述光开关器件用于光传感系统、集成光子存储器、光纤通信系统中的光交换机或时段分割系统中的信号接受器与发射器、调制器。

14、本发明的有益效果：

15、本发明提出用于光开关器件的银锡硒、银锡碲相变材料，其非晶相呈现出半导体性，晶体相表现出金属性，故而晶体相的消光系数大于非晶相，且在光通讯波段(1500nm～1600nm)两相之间的光学对比度大于20％。

16、本发明提出的基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，当相变层为非晶相时，透射率高，入射光被阻挡，当相变层为晶体相时，透射率低，入射光通过。两种材料非晶相与晶体相之间的透射率对比度均高于传统相变材料，开关比大。

17、本发明提出的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，通过外部激励控制相变层的相结构，可直接实现开关作用，相较于机械性光开关体积小，有利于进行大规模集成。

技术特征：

1.一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述光开关器件的整体结构共四层，自下至上依次为衬底(101)、波导介质层(102)、相变层(103)和保护层(104)，所述相变层(103)的材料为银锡硒或银锡碲，银锡硒化学式为agxsnysez，银锡碲化学式为agxsnytez，其中0<x<2,0<y<2,1<z<3。

2.根据权利要求1所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述银锡硒、银锡碲相变材料，其非晶相呈现出半导体性，晶体相呈现出金属性，其晶体相的消光系数大于非晶相，在光通讯波段(1500nm～1600nm)，晶体相与非晶相之间的光学对比度大于20％。

3.根据权利要求2所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述银锡硒、银锡碲相变材料的晶体相为立方岩盐结构，其中银原子与锡原子随机占据类阳离子格点位置，硒原子或碲原子占据类阴离子格点位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述衬底(101)的材料为sio2、si材料的其中一种，所述波导介质层(102)的材料为si、si3n4材料的其中一种，所述保护层(104)的材料为sio2、ito材料的其中一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述银锡硒、银锡碲非晶相与晶体相之间的切换通过外界激励，为激光脉冲、电学脉冲的其中一种。

6.根据权利要求1所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述光开关器件单元长为1～10μm，所述波导介质层(102)的厚度范围为10～300nm；所述相变层(103)的厚度范围为3～200nm；所述保护层(104)的厚度范围为5～100nm。

7.根据权利要求1所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述相变层(103)为银锡硒材料时，其相变层(103)为非晶相时器件为打开状态，入射光正常通过；相变层(103)为晶体相时器件为关闭状态，入射光被阻挡，非晶相与晶体相之间的器件透射率对比度超过30％。

8.根据权利要求1所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，其特征在于，所述相变层(103)为银锡碲材料时，其相变层(103)为非晶相时器件为打开状态，入射光正常通过；相变层(103)为晶体相时器件为关闭状态，入射光被阻挡，非晶相与晶体相之间的透射率对比度超过30％。

9.权利要求1至8任一项所述的一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件用于光信号的传输或切换的应用。

10.根据权9所述应用，其特征在于，所述光开关器件用于光传感系统、集成光子存储器、光纤通信系统中的光交换机或时段分割系统中的信号接受器与发射器、调制器。

技术总结本发明公开了一种基于银锡硒、银锡碲相变材料的光开关器件，所述光开关器件的整体结构共四层，自下至上依次为衬底、波导介质层、相变层和保护层，所述光开关器件的相变层的材料为银锡硒或银锡碲，银锡硒化学式为Ag<subgt;x</subgt;Sn<subgt;y</subgt;Se<subgt;z</subgt;，银锡碲化学式为Ag<subgt;x</subgt;Sn<subgt;y</subgt;Te<subgt;z</subgt;，其中0<x<2,0<y<2,1<z<3。本发明的银锡硒与银锡碲的非晶相表现出半导体性，晶体相表现出金属性，其光学性质存在明显差异，具有较大的光学对比度，能够应用于光开关器件。技术研发人员：王疆靖,张思雨,张伟受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18