光子集成电路用ITO微加热器的热挑战与性能优化

《ACS Applied Optical Materials》：Thermal Challenges and Performance Optimization of ITO Microheaters for Photonic Integrated Circuits

相变材料光开关通过几何优化ITO微加热器抑制电流拥挤，实现1400K/5μs脉冲操作下的瞬态热稳定性，构建Mach-Zehnder干涉仪光开关达到2μs响应时间和0.5dB低插入损耗，为AI计算架构提供高效可重构光路由平台。

　　

基于相变材料（PCM）的光开关通过精确且非易失性的分光比控制，实现了低功耗、大规模集成的光子网络。关键技术在于微秒级、耐高温的微加热器的材料体系和结构设计。氧化铟锡（ITO）微加热器具有制造工艺简单且与被动光子平台兼容的优点。然而，它们在切换操作过程中的热稳定性问题导致基于PCM的相移器循环可靠性较差。在这里，我们通过对ITO微加热器进行几何优化，抑制了电流聚集现象，在5微秒的脉冲操作下实现了1400 K时的瞬态热稳定性——这一温度远超过了PCM淬火所需的温度。我们通过构建马赫-曾德尔干涉仪（MZI）光开关来表征其切换速度，结果显示其响应时间为2微秒，同时插入损耗仅为0.5分贝。这些结果表明ITO成为实现能效高效、可重构光子路由器的理想平台，适用于人工智能驱动的计算架构。