20世纪以来,电互连在传输带宽、信号延迟和功耗等关键性能上受到限制,光互连作为电互连的替代方案,以其高速率、大带宽和强抗干扰能力等优点,得到业界的广泛关注。硅光器件与CMOS兼容、成本低廉,在光互连中有着很高的潜力。其中,硅基热光开关是组成光网络的关键器件之一。硅基热光开关一般无需掺杂的工艺步骤,可以实现较低的器件损耗,适用于慢速开关网络。硅基热光开关的两个关键热学相关参数为开关功耗和响应时间,在大规模片上集成系统中需要控制开关网络的功耗和响应时间,开关的性能优劣对开关网络的影响至关重要。硅基热光开关中的热传递过程决定了开关的功耗和响应时间。本文对硅基马赫曾德热光开关中的热传递过程进行了仿真。假设两臂间距离足够大,臂间热串扰忽略不计,分析不同硅基热光移相器结构参数与其功耗和上升时间之间的关系。其中上下包层厚度对于功耗和上升时间的影响远大于衬底厚度。增大下包层厚度可使加热电阻功率P_π降低约40%,减小上包层厚度可使加热电阻功率P_π降低约20%。设计低功耗热光开关时,在不影响波导光模场以及其机械强度的前提下,需要尽量减薄上包层厚度,选择合适的下包层厚度。一般情况下,在热光移相器的两侧设置沟槽可以有效减小开关功耗。本文对设计的马赫曾德沟槽热光开关进行了测试和分析,波长为1550 nm下,无沟槽热光开关的功耗P_π为28.6 m W,沟槽热光开关的功耗P_π为18.7 m W,沟槽的引入使开关功耗减小了34.7%,沟槽和无沟槽开关的cross口消光比都超过了36 d B。仿真分析得到,当沟槽宽度大于2μm时,其变化对于功耗的影响很小可以忽略不计。不同的沟槽深度则会带来约20%至40%的功耗减小。加热电阻和沟槽间距小于1.5μm时,功耗可以减小35%以上。设计低功耗的热光开关可以在工艺允许情况下尽可能加深沟槽、减小加热电阻和沟槽间距。值得注意的是,MZI热光开关两臂间距过近必然会带来的热串扰现象,在本文最后分析了热串扰现象对开关性能的影响。在两臂之间设置沟槽来抑制热串扰现象,并分析了沟槽对于热串扰的抑制效果,这对于开关的设计工作有指导意义。