[发明专利]片上温度传感器、温度检测方法及片上系统

说明书

本发明提供了一种片上温度传感器、温度检测方法及片上系统，其中，片上温度传感器包括：波导结构；波导结构包括输入波导、输出波导、级联微环谐振器以及级联输出波导；级联微环谐振器，包括第一微环和第二微环，第一微环靠近于输入波导的输入端，第二微环靠近于输出波导的输出端，第一微环、第二微环排列设置于级联输出波导一侧，第一微环的温度灵敏度与第二微环的温度灵敏度不相同。本发明实施例中，通过优化波导结构设计，能够在降低波导结构尺寸以节省芯片设计成本的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。

技术领域

本发明实施例涉及传感技术领域，尤其涉及一种片上温度传感器、温度检测方法及片上系统。

背景技术

在当前超大规模集成电路系统中，对集成电路进行温度监测是保证电路系统正常稳定工作的重要步骤。近年以来，基于硅光子学的温度传感器受到了广泛的关注，相比传统的片上温度传感器，硅光子学温度传感器具有更好的抗电磁干扰能力、更高的兼容性以及更低的能耗，在许多应用场景中具有优秀表现。人们开发了各种基于不同结构和机理的集成光学温度传感器，如微环谐振器、布拉格光栅以及马赫-曾德干涉仪等，但是受硅材料的热光系数制约，大多数温度传感器的灵敏度被限制在83pm/℃左右。

为了获得更好的传感器性能，相关技术中通过不同的方式或结构对基于SOI平台的温度传感器进行了研究，取得了不错的效果，例如采用马赫-曾德干涉仪进行温度传感器研究，将两个臂的波导裁剪成具有不同灵敏度的宽度但折射率几乎相同的结构，获得了438pm/℃的灵敏度，虽然相比于传统温度传感器的灵敏度有所提升，但是这样的波导结构占用了较大的芯片空间，造成芯片设计成本增加，不符合当前集成电路设计的发展方向。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供了一种片上温度传感器、温度检测方法及片上系统，能够在降低波导结构尺寸的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。

第一方面，本发明实施例提供了一种片上温度传感器，包括：波导结构；

所述波导结构包括输入波导、输出波导、级联微环谐振器以及级联输出波导；

所述级联微环谐振器，包括第一微环和第二微环，所述第一微环靠近于所述输入波导的输入端，所述第二微环靠近于所述输出波导的输出端，所述第一微环、所述第二微环排列设置于所述级联输出波导一侧，所述第一微环的温度灵敏度与所述第二微环的温度灵敏度不相同。

根据本发明提供的实施例的片上温度传感器，至少具有如下有益效果：

通过设置级联的两个微环，基于游标效应获取第二微环的最终光谱输出进而实现温度监测，基于第一微环的温度灵敏度与第二微环的温度灵敏度不相同的特性，在不同温度环境下的总输出光谱将产生偏移，从而能够基于该偏移更加准确地察觉温度变化，实现传感器灵敏度提升，并且通过将第一微环靠近于输入波导的输入端，第二微环靠近于输出波导的输出端，以及第一微环、第二微环排列设置于级联输出波导一侧，以优化第一微环和第二微环的结构设计，得到尺寸更小的波导结构，从而能够在降低波导结构尺寸以节省芯片设计成本的同时提升传感器灵敏度，符合当前集成电路设计的发展方向。

根据本发明的一些实施例，片上温度传感器还包括开有传感窗口的上包层，所述上包层覆盖于所述波导结构上，所述传感窗口与所述第二微环相对设置，通过设置传感窗口以使第二微环能够感知外界温度变化的情况。

根据本发明的一些实施例，所述第一微环的环心与所述第二微环的环心的连线平行于所述级联输出波导，便于第一微环、第二微环与级联输出波导实现各自耦合。

根据本发明的一些实施例，所述第一微环垂直于所述输入波导，所述第二微环垂直于所述输出波导，便于第一微环与输入波导进行耦合，以及第二微环与输出波导进行耦合。