降低SU-8光刻胶侧壁粗糙度的研究

SU-8负性光刻胶可通过UV-LIGA技术得到高深宽比微结构,是微机械系统(MEMS)制造中极具前景的一种技术。目前已有对于SU-8微结构的线宽变化,侧壁倾角,表面粗糙度,增加深宽比等方面的大量研究,但是鲜有对于SU-8微结构侧壁粗糙度的研究。该文从造成微结构侧壁粗糙度的原因入手,讨论了各个工艺参数对侧壁粗糙度的影响,并且通过优化工艺参数达到了降低SU-8微结构侧壁粗糙度的目的。

绝缘体上硅波导侧壁粗糙度与模式损耗的相关性

绝缘体上硅光波导侧壁粗糙度引起的光损耗是限制硅基集成线路被广泛应用的重要因素之一,利用激光扫描共聚焦显微镜精确测量了SOI波导各相异性分布的侧壁粗糙度,进而将一个三维侧壁粗糙度引入到光波导传输损耗计算的传统理论模型中,获得了更加精确的模型。数值模拟表明,侧壁粗糙度与波导结构决定的相关长度与侧壁粗糙度对光传输损耗产生同步影响。用法布里-珀罗(F-P)腔调制谐振输出方法测量光波导传输损耗,测量结果与数值计算结果非常吻合,说明各相异性粗糙度分布的测量精度及其引起的光传输损耗的理论模型具有很高的可信度。一条4μm脊宽SOI波导,当侧壁粗糙度在水平和垂直方向的平均值分别为22 nm和23 nm时,对于TE-和TM-模式,计算获得的传输损耗均为4.5~5.0 dB/cm,实验获得的平均光传输损耗为4.3 dB/cm。本文研究结果与结论对SOI光波导器件的研究与开发具有参考价值。

微小型光开关侧壁反射镜光路传输效率优化方法

提出利用电感耦合等离子体和聚焦离子束刻蚀工艺相结合的加工方法,以提高微小型光开关侧壁反射镜的表面粗糙度,进而提升光路传输效率。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜对微小型光开关侧壁反射镜表面粗糙度进行表征,并开展了光路传输效率测试实验。结果表明,经聚焦离子束刻蚀后,微小型光开关侧壁反射镜表面粗糙度由190nm减小到56nm,光路传输效率由10.2%提高到39.1%。

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.

高深宽比硅通孔检测技术研究

由于SEM显微镜、FIB显微镜检测高深宽比硅通孔耗时、费用高,研究了垂直扫描白光干涉技术检测硅通孔的可行性。设定刻蚀/钝化时间比率,改变深硅刻蚀功率和刻蚀时间,获得不同深度和侧壁粗糙度的硅通孔,并用垂直扫描白光干涉技术进行检测。研究结果表明垂直扫描白光干涉技术可以观察硅通孔的形状、测量侧壁粗糙度、精确无损测量硅通孔深度,可以替代SEM、FIB检测方法。

基于SOI微环谐振腔的表面光滑化研究

针对硅波导粗糙侧壁引起的散射损耗是影响SOI微环谐振腔传输性能主要因素的问题,采用热氧化对MEMS工艺制备的微环谐振腔粗糙侧壁进行表面光滑化修饰。利用耦合实验测试其传输性能,同时分析了热氧化温度与微环谐振腔传输特性之间的关系。实验结果表明,氧化温度在1 000℃时,硅波导粗糙侧壁改善效果明显,此时微环谐振腔具有较好的耦合效率和较高的Q值,Q值高达1.2×104。实验结果为硅波导传感器表面光滑化研究提供了重要的参考依据。

4H-SiC深槽刻蚀及其形貌的改善

采用磁中性环路放电(NLD)等离子体刻蚀装置对4H-SiC进行深槽刻蚀。研究了偏置电源功率和反应腔室压强对深槽中微沟槽效应和侧壁粗糙度的影响。实验发现:提高偏置电源功率和腔室压强可以消除深槽中的微沟槽效应,并且提高腔室压强还可以改善深槽侧壁的粗糙度。分析了其中的刻蚀机理,实验结果和分析对研究SiC深槽刻蚀具有一定的指导意义。

绝缘体上硅波导质量对马赫–泽德尔干涉仪光学性能的影响

SOI波导被公认为光子集成电路(PIC)最有前途的平台,本文研究了SOI波导马赫–泽德尔干涉仪(MZI)型2 ×2-光开关光学性能对波导加工质量的依赖性,建立了理论模型。进而,系统模拟了波导侧壁粗糙度(SWR)对芯片上光损耗(OCL)的影响,分析了脊宽误差(RWE)对器件输出端口的串扰(XT)效应。结果表明,对于芯层厚度为2.0 μm和脊宽为2.0 μm的SOI波导,MZI型器件的光输出性能的两个依赖性:OCL/SW = 0.5 dB/nm,XT/RWE = 1.2 dB/nm,实验结果与此结果一致。因此,本项成果可为MZI-PIC器件的设计提供数据基础。