SiO2/聚合物Y分支波导型热光开关研究

为提高波分复用(WDM)光通信网中核心器件光开关 的响应速度,设计并制备了SiO₂/聚合物复合型 Y分支结构波导热光开关。器 件选择具有高热导率的SiO₂作为波导的下包层,低成本的聚甲基丙烯酸甲脂-甲基丙烯酸 环氧丙酯共聚物(P(MMA-GMA))作为芯层和上包层,利用束 传播法模拟和优化Y分支波导的设计,通过光刻、刻蚀和蒸发等传统半导体工艺进行器件制 备。实验测得开关插入损耗为12dB, 消光比为18dB,方波驱动的上升和下降响应时间均为200μs。实验结果表明,SiO₂/聚 合物复合波导结构可有效提高热场的扩散速度和折射率调节效率,减小开关的响应时间。     

SiO2微悬臂梁制备及其高阶谐振的传感器研究

为了提高SiO₂微悬臂梁动态检测灵敏度,对T 型SiO₂微悬臂梁的制备和高阶谐振模态传感器进行 了研究。以绝缘体上Si(SOI)为起始材料制备了不同长度T型SiO₂微悬臂梁,利用原子 力显微镜(AFM)中精密的光学 位置敏感检测器及数据处理系统对其频率进行表征,获得了与仿真结果相一致的数据。基于 高阶谐振模态 的免疫反应结果表明,对于相同的质量变化量,微悬臂梁的弯曲振动模式阶数越高,其频率 偏移越大,从 而达到较高的灵敏度;实验制备的SiO₂微悬臂梁前三阶弯曲振动模式的检测灵敏度分别 为1.36、9.78和26.92Hz/pg,利用二阶弯曲 振动模式可检测出21.5 pg的分子吸附。     

基于PECVD的SiO2薄膜制备研究进展

二氧化硅(SiO₂)薄膜因其卓越的光学性能,在半导体器件、集成电路、光学涂层等领域具有巨大的应用潜力。然而,SiO₂薄膜制备过程中面临表面粗糙度、杂质控制和致密性等问题。为解决这些问题,研究者们通过工艺改进和表面修饰等手段来提高SiO₂薄膜的性能。在众多SiO₂薄膜制备技术中,等离子体增强化学气相沉积(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)技术由于沉积SiO₂薄膜所需温度低、原位生长等优势,成为制备SiO₂薄膜最常用的方法。综述了用PECVD技术制备SiO₂薄膜的发展历程,并探讨了关键工艺参数和后处理工艺对薄膜质量的影响。对PECVD技术的深入研究,有助于实现对SiO₂薄膜生长的更精准控制,进一步拓展其广泛的应用前景。     

SOI材料在光电子学中的应用

SOI材料是应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。近年来随着SOI材料制备和加工技术的成熟,SOI基光波导器件的研究日益受到人们的重视。文章介绍了SOI材料在光电子学领域的一些具体应用,包括了在热光器件、电光器件、亚微米波导器件与光纤的耦合器以及光电子集成芯片等方面的最新研究进展。更小的波导截面尺寸是未来SOI光波导器件发展的必然趋势。     

硅基波导光开关及开关阵列的研究进展

光开关是光网络中实现光交换的核心器件.硅基波导光开关作为一类重要的开关器件,具有体积小、开关速度快、兼容性好等优点.近年来随着硅基波导制作技术的成熟,硅基波导光开关及开关阵列的研究日益受到人们的重视.文章介绍了SOI(silicon-on-insulater)光波导、聚合物光波导和SiO2光波导等三类常见的硅基波导在光开关及开关阵列方面的一些研究进展.     

SU-8光刻胶去胶工艺研究

SU-8光刻胶因具有良好的机械耐久性、聚合物水密性、介电性能、生物兼容性和抗化学腐蚀性而被广泛用于MEMS器件、生物医学和芯片封装等领域。现有制作工艺中,在不损伤器件的同时完全去除和剥离SU-8光刻胶仍是一个难题。文章研究了一种基于O₂/CF₄等离子刻蚀配合湿法刻蚀的去除方法,实现了SU-8光刻胶在硅基底、非晶无机非金属材料、电镀金属等材料上的有效去除。     

SOI光波导开关研究进展

SOI光波导是硅基光波导器件的基础,也是实现其它集成光学器件的基础。文章论述了SOI材料、SOI光波导以及SOI光波导开关的一些特性和研究进展。     

SiNx/SiOxNy叠层结构防潮能力的研究

研究了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺参数对SiN_x及SiO_xN_y防潮能力的影响,并测试了SiN_x/SiO_xN_y叠层薄膜的水汽渗透速率(WVTR)。实验结果表明:单层SiN_x薄膜和SiO_xN_y薄膜都存在临界厚度,当膜厚大于临界值时,继续增大厚度不会明显改善薄膜的WVTR。当沉积温度从50℃提高到250℃,SiN_x薄膜的WVTR从0.031g/(m²·day)降至0.010g/(m²·day)。SiO_xN_y沉积时,增大N₂O通入量对薄膜的WVTR影响不明显,但可以有效改善薄膜的弯曲性能。最后,4个SiN_x/SiO_xN_y叠层膜的WVTR下降到了4.4×10-4g/(m²·day)。叠层膜防潮能力的显著提升归因于叠层结构可以有效解耦层与层之间的缺陷,延长水汽渗透路径。     

基于偏振不敏感超材料的全光可调谐太赫兹慢光效应研究

太赫兹(terahertz,THz) 慢光效应可以有效地提升THz脉冲数据传输的安全性和存储性,而一般THz慢光器件对入射THz波偏振态变化敏感。本文设计了一种超材料结构,其微结构单元由一个十字型谐振器和4个U型谐振器构成。研究表明:基于超材料的THz慢光效应对线偏振光和圆偏振光均不敏感。通过对超材料结构的参数优化,获得到了最大群折射率为1 618的慢光效应。另外,本文在超材料微结构层和SiO₂衬底之间嵌入了一层二硫化钼(MoS₂)薄膜,当MoS₂的载流子浓度从1.7×10¹⁷ cm-3增大到5.1×10¹⁹ cm-3时,群折射率从1 566减小到26。实现了偏振不敏感全光可调谐的THz慢光效应。该研究有望为偏振不敏感和全光可调谐的THz慢光器件设计提供崭新的研究思路。     

可调谐氮化硅波导微环谐振腔滤波器研究

设计并制备了一种基于热光效应的集成可调谐氮化 硅(Si₃N₄)波导微环谐振腔滤波器,通过采用马赫-曾德干涉仪(MZI)构成的可调谐 耦合器控制耦合区耦合比,以实现滤波器消光比的调谐。设计并优化了微环谐振 腔的波导截面尺寸、弯曲半径和耦合区波导间隔等参数,并通过光刻、反应离子刻蚀(RIE )等工艺制备 了两种不同弯曲半径的Si₃N₄波导微环谐振腔。实验结果表明,本文器件在波长1550nm附近处的自由光谱 范围(FSR)为68pm,3dB带宽约为16pm,品质因子Q达到了9.68×10 4,消光比可调范围约为17dB。     

硅基光电子学中的SOI材料

SOI材料是近年来应用于硅基光电子学中的一种重要的光波导材料。本文首先简要介绍了常见的SOI材料的制备方法,包括注氧隔离（SIMOX-SOI）、硅键合背面腐蚀（BE-SOI）和注氢智能剥离（Smart Cut）等,并比较了它们各自的特点和优劣。其次介绍了SOI材料加工制造波导的基本工艺,包括光刻和刻蚀,其中刻蚀又分为干法刻蚀和湿法腐蚀。     

SOI planar photonic crystal fabrication: Etching through SiO2/Si/SiO2 layer systems using fluorocarbon plasmas

Dry plasma etching of sub-micron structures in a SiO₂/Si/SiO₂ layer system using Cr as a mask was performed in a fluorocarbon plasma. It was determined that the best anisotropy could be achieved in the most electropositive plasma. A gas composition yielding the desired SOI planar photonic crystal structures was optimized from the available process gases, Ar, He, O₂, SF₆, CF₄, c-C₄F₈, CHF₃, using DC bias data sets. Application of the c-C₄F₈/(noble gas) chemistry allowed fabrication of the desired SOI planar photonic crystal. The average etching rates for the pores and ridge waveguide regions were about 71 and 97 nm/min, respectively, while the average SiO₂/Si/SiO₂ to Cr etching selectivity for the ridge waveguide region was about 33:1 in case of the c-C₄F₈/90%Ar plasma with optimized parameters.     

SOI纳米光波导微环谐振腔谐振频移的测试分析

To research the effect of a deposited SiO₂ insulating layer on the resonance frequency modulation of an SOI nanowaveguide ring cavity during integration fabrication,a rib waveguide ring resonator was systematically designed and fabricated.SiO₂ insulating layers with different thicknesses were deposited for analysis of the frequency shift characteristics.By testing the resonance transmission spectrum power of this structure,it is found that there are blue shifts after SiO₂ deposition,and the frequency shift value of a structure with a 500 nm SiO₂ insulating layer deposited is 0.8 nm,that is 0.24 THz at the resonance point where wavelength is around 1550 nm. Taking advantage of this conclusion,efficient optical modulation is available by choosing different frequency band resonance wavelengths to narrow the frequency modulation range.     

磷离子注入对部分耗尽SOI MOS总剂量背栅效应的影响

本文研究了背栅磷离子注入加固技术对部分耗尽绝缘体上硅（silicon-on-insulator, SOI）MOS器件抗总剂量辐射性能提升的机理。认为可以对背栅沟道处进行磷离子注入,改变界面处的离子浓度分布,通过引入电子陷阱,抵消背栅界面陷阱俘获正电荷,从而改善背栅效应,提高器件的抗辐射性能。通过用高浓度磷离子对部分耗尽SOI NMOS器件背栅进行离子注入,大大减小了器件的背栅效应,实验器件的抗辐射能力能够达到1M rad（Si）。     

High mobility compressive strained Si0.5Ge0.5 quantum well p-MOSFETs with higher-k/metal-gate

Strained SiGe quantum well p-MOSFETs with LaLuO₃ higher-k dielectric were fabricated and characterized. The strained Si/strained Si_0.5Ge_0.5/strained SOI heterostructure transistors showed good output and transfer characteristics with an I_on/I_off ratio of 10⁵. The extracted hole mobility shows an enhancement of about 2.5 times over Si universal hole mobility and no degradation compared to HfO₂ or even SiO₂ gate dielectric devices.     

Resonant cavity enhanced photoluminescence of tensile strained Ge/SiGe quantum wells on silicon-on-insulator substrate

The tensile strained Ge/SiGe multiple quantum wells （MQWs） grown on a silicon-on-insulator （SOI） substrate were fabricated successfully by ultra-high chemical vapor deposition. Room temperature direct band photoluminescence from Ge quantum wells on SOI substrate is strongly modulated by Fabry-Perot cavity formed between the surface of Ge and the interface of buried SiO2. The photoluminescence peak intensity at 1.58 μm is enhanced by about 21 times compared with that from the Ge/SiGe quantum wells on Si substrate, and the full width at half maximum （FWHM） is significantly reduced. It is suggested that tensile strained Ge/SiGe multiple quantum wells are one of the promising materials for Si-based microcavity lijzht emitting devices.