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硅基光波导(续)

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光学小豆芽
发布2020-08-13 10:43:15
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发布2020-08-13 10:43:15
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文章被收录于专栏:硅光技术分享

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
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原始发表:2020-01-19,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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