硅基光波导(续)

上篇笔记硅基光波导有两个问题没有说清楚，这篇笔记补充说明一下。

1. 为什么SOI硅的厚度选择220nm?

主要原因是硅波导单模条件的要求。对于平板波导，其单模条件为，

带入Si和SiO2的折射率，可以得到d需要小于245nm。

小豆芽也查阅了一些较早的文献，文献1给出了1997年时可用的SOI晶圆，如下图所示，大部分晶圆厂都可以提供200nm厚的SOI晶圆。

（图片来自文献1）

文献2提到，IMEC研究小组最初采用205nm厚硅，Box层400nm的SOI, 由于模式泄漏的原因，随后采用定制的220nm厚的硅。

（图片来自文献2）

由于以IMEC为代表的的硅光Foundry采用了220nm，后续的研究中大都采用这一厚度的硅。当然除了220nm，还有340nm厚和3um厚的硅光工艺线。选取340nm厚的硅可以实现光器件的偏振不敏感，3um厚的硅波导可以与单模光纤较好的耦合。

2. 硅波导的加工

上篇笔记中有一处错误，电子束光刻不是用来刻蚀波导的，而是用来光刻的，将mask上的图案转移到光刻胶上。电子束光刻与传统光刻相比，其德布罗意波长在纳米量级，而深紫外光刻的典型波长为193nm/248nm，最小线宽为90nm/120nm。电子束光刻可以实现更小的分辨率，但是它的工作面积较小，不利于大规模生产。

典型的硅波导加工过程如下图所示，

（图片来自文献3）

加工步骤主要包括硅片的清洗、BARC层的涂覆、光刻胶的涂覆、曝光、显影，波导刻蚀等。不同foundry的工艺会略有差别，但大致流程是类似的。

波导干法刻蚀的示意图如下图所示，反应离子被电场加速后，撞击需要刻蚀的Si表面，发生反应。由于离子是在电场加速下，垂直射向Si表面，因而波导刻蚀具有较好的各向异性。

（图片来自https://cleanroom.byu.edu/rie_etching）

以上是对硅基光波导笔记的补充，文章中如果有任何错误和不严谨之处，还望大家不吝指出！

参考文献：

1. J. Foresi, et. al., "Small radius bends and large angle splitters in SOI waveguides", SPIE 1997
2. W. Bogaerts, et. al., "Nanophotonic waveguides and photonic crystals in silicon-on-insulator", PhD thesis
3. S. Selvaraja, et.al. , "Wafer-Scale Fabrication Technology for Silicon Photonic Integrated Circuits", PhD thesis