МЕТОДИ ВИГОТОВЛЕННЯ ПЛАНАРНИХ ХВИЛЕВОДІВ n n Матеріали для

МЕТОДИ ВИГОТОВЛЕННЯ ПЛАНАРНИХ ХВИЛЕВОДІВ n n Матеріали для планарних хвилеводів Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів n n n n Підготовка підкладки Метод розпилення Метод плазмової полімеризації Метод осадження з розчину Метод дифузії Метод іонного обміну Метод іонної імплантації Виготовлення канальних хвилеводів 2/12/2018 1

Матеріали для планарних хвилеводів Матеріали для підкладки оптичних інтегральних схем Пасивні (не генерують світло) Активні (генерують світло) Кварц Арсенід галію Ніобат літію Галій – алюміній – арсенід Танталат літію Фосфід – арсенід галію П’ятиокисел танталу Індій – галій – арсенід П’ятиокисел ніобію Інші н/п матеріали III–V і II–VI груп з прямою забороненою зоною 2/12/2018 2

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Методи виготовлення хвилеводних плівок поділяються на два класи: 1. Методи, в яких плівка виготовляється шляхом нанесення матеріалу на підкладку (однорідні планарні хвилеводи): • Розпилення • Плазмова полімеризація • Осадження з розчину 2. Методи, в яких плівка з більш високим показником заломлення створюється у самій підкладці (неоднорідні планарні хвилеводи): • Дифузія • Метод іонного обміну • Іонна імплантація Методи підготовки підкладки для планарного хвилеводу: 1. Механічне полірування 2. Хімічне полірування 3. Полірування вогнем 2/12/2018 3

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Метод розпилення Розпилення – це процес, в якому атоми або молекули матеріалу видаляються у вакуумі з поверхні мішені за рахунок бомбардування іонами або атомами з енергією від 30 е. В до приблизно 2 ке. В. Даний метод дозволяє отримати високоякісні оптичні хвилеводи з втратами ~1 д. Б/см. Недолік методу – повільна швидкість росту плівки ~3 нм/хв. 2/12/2018 4

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Метод плазмової полімеризації При проходженні електричного розряду через газ, який містить легкі органічні сполуки, може пройти полімеризація і при відповідних умовах на стінках або на електродах установки можуть бути отримані гладкі, чисті, вільні від дефектів плівки. Товщина таких плівок може бути від 20 нм до декількох мікрометрів. Даний метод дозволяє вирощувати хвилеводні плівки з хорошими оптичними характеристиками шляхом полімеризації з таких речовин як циклогексан, ацетон, гексен-1, ізопропілсилан, вінілтриметилсилан і гексаметилдисилоксан. Товщина плівки пропорційна часу напилення, причому швидкість залишається сталою навіть при зміні концентрації мономеру в 5 раз. При підведеній потужності у 200 Вт швидкість росту плівки з вінілтриметилсилану становить ~200 нм/хв. При більших швидкостях у плівці будуть спостерігатись утворювані вузли полімеру. Якщо при вирощуванні плівки використовувати два мономери, напр. , гексаметилдисилоксан і вінілтриметилсилан, то змінюючи співвідношення цих мономерів у суміші, можна змінювати показник заломлення плівки. Кращі хвилеводи виготовлені даним методом характеризувалися оптичними втратами 0, 04 д. Б/см для випромінювання з довжиною хвилі 632, 8 нм. 2/12/2018 5

Установка для виготовлення тонкоплівкових хвилеводів методом плазмової полімеризації Підкладка розміщується на нижньому електроді, який охолоджується водою, і розміщений на ізольованих стійках на висоті 10 см над основою. На електрод подається напруга з генератора з частотою 13, 56 МГц через узгоджувач імпедансів. На верхньому електроді підтримується нульовий потенціал. Камера відкачується дифузійним насосом до тиску 2 x 10– 6 мм рт. ст. або нижче, клапан закривається і далі система відкачується механічним насосом через дросельний клапан. На цьому етапі через вентиль на верхній пластині додається газ аргон. В потік аргону з нагрітого резервуару вводиться мономер через регульований вентиль-натікач. 2/12/2018 6

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Метод осадження з розчину Для виготовлення планарних хвилеводів можна використовувати багато діелектричних матеріалів, які можна легко перевести у рідкий стан. Якщо у такий розчин занурити підкладку і повільно її витягнути, то після висихання і отвердіння залишку матеріалу на підкладці утвориться тонкий діалектричний шар. Матеріали для виготовлення хвилеводів методом занурення Матеріал Фоторезист Ацетон Епоксидна смола Патентовані сполуки Поліметилметакрилат Хлороформ, толуол Поліуретан 2/12/2018 Розчинник Ксилол 7

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Метод дифузії Отримані даним методом хвилеводи на основі Li. Nb. O 3 та Li. Ta. O 3 характеризувалися оптичними втратами <1 д. Б/см. Дифузія металів може використовуватись також і для виготовлення хвилеводів на основі напівпровідникових матеріалів. Для виготовлення як плоских так і канальних хвилеводів була використана дифузія Cd і Se в Zn. S, а також Cd в Zn. Se. Канальні хвилеводи шириною 10 мкм і глибиною 3 мкм, утворені дифузією Cd в Zn. Se, характеризувались оптичними втратами менше 3 д. Б/см. 2/12/2018 8

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Метод іонного обміну В якості матеріалу підкладки використовується скло леговане натрієм, яке розміщують у розплавлений нітрат талію. При подачі напруги, як показано на рисунку зліва, і нагріванні скла до температури приблизно 300 о. С, іони Na+ будуть мігрувати в напрямку катоду. Частина іонів Na+ обміняється з іонами Tl+. Це призведе до формування поверхневого шару з більшим показником заломлення. 2/12/2018 9

Методи виготовлення плоских планарних хвилеводів Метод іонної імплантації Іонна імплантація – це процес введення у підкладку домішкових атомів шляхом її бомбардування іонами відповідної домішки. Іони необхідної домішки спочатку генеруються, а потім прискорюються до енергій 20 -200 ке. В і після цього направляються на підкладку. Основними елементами системи легування є джерело іонів, прискорюючі електроди, електростатичні або магнітні дефлектори для розділення іонів по масі і пристрій сканування іонним пучком поверхні підкладки. 2/12/2018 10

Виготовлення канальних хвилеводів Основою для виготовлення канальних хвилеводів є плоскі хвилеводи. Для виготовлення канальних хвилеводів з плоских використовується техніка фотолітографії. 2/12/2018 11