Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Zusammenfassung

Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Zusammenfassung

Langsames Licht ist eines der heißen Themen in der Photonik-Gemeinde in den vergangenen zehn Jahren erzeugt großes Interesse sowohl aus fundamentaler Sicht und für sein hohes Potenzial für praktische Anwendungen. Langsames Licht photonischen Kristall-Wellenleiter, insbesondere, haben eine große Rolle gespielt und wurden erfolgreich für die Verzögerung optische Signale ^1-4 beschäftigt und die Verbesserung der beiden linearen ^5-7 und nichtlineare Geräte. ^8-11

Photonischen Kristall Hohlräume zu erreichen ähnliche Effekte, dass von langsamen Lichtwellenleiter, sondern über einen reduzierten Bandbreite. Diese Hohlräume bieten hohe Q-factor/volume Verhältnis zur Realisierung optisch und elektrisch ^{12 13} gepumpt ultraniedrigem Schwellenwert Laser und die Verbesserung der nichtlineare Effekte. ^14-16 Weiteren passive Filter ¹⁷ und Modulatoren ^{18 bis 19} Es wurde gezeigt, ausstellenden ultra-schmale Linienbreite, hohe freie spektrale rOrange und Rekordwerte des geringen Energieverbrauch.

Um diese spannende Ergebnisse zu erreichen, muss ein robustes wiederholbare Herstellung Protokoll entwickelt werden. In diesem Papier nehmen wir eine gründliche Blick auf unsere Fertigung Protokoll, das Elektronenstrahl-Lithographie verwendet für die Definition von photonischen Kristall Muster und nutzt nassen und trockenen Ätzverfahren. Unsere optimierte Fertigung Rezept Ergebnisse in photonischen Kristallen, die nicht von der Vertikalen leiden Asymmetrie und weisen eine sehr gute Kanten-Wandrauhigkeit. Wir diskutieren die Ergebnisse der Variation der Ätzparameter und die schädlichen Wirkungen, die sie auf einer Vorrichtung haben kann, was zu einem diagnostischen Route, die ergriffen werden, um zu identifizieren und zu eliminieren ähnliche Probleme werden kann.

Der Schlüssel zur Auswertung langsam Lichtwellenleiter ist die passive Charakterisierung der Übertragung und Warengruppenverzeichnisses Spektren. Verschiedene Verfahren sind berichtet worden, vor allem die Lösung der Fabry-Perot-Fransen des Transmissionsspektrums eine ^20-21d interferometrischen Techniken. ^22-25 Hier beschreiben wir einen direkten, Breitband-Messtechnik kombiniert spektrale Interferometrie mit Fourier-Transform-Analyse. ²⁶ Unsere Methode zeichnet sich durch seine Einfachheit und Leistungsfähigkeit, wie wir einen nackten photonischen Kristalls mit Zugang Wellenleiter zu charakterisieren, ohne Notwendigkeit für On-Chip Interferenzkomponenten und des Setup nur aus einem Mach-Zehnder-Interferometer, ohne dass bewegliche Teile und Verzögerung Scans.

Wenn kennzeichnenden Photonenkristall Hohlräumen, Verfahren, bei denen ²¹ oder internen Quellen externen Wellenleiter direkt an den Hohlraum ²⁷ Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Hohlraums selbst gekoppelt ist, wodurch die Messung verfälschen. Hier beschreiben wir eine neue und nicht-intrusive Technik, die Verwendung einer kreuzpolarisierten Sondenstrahls macht und als Resonanzstreuung (RS), wobei die Sonde aus der Ebene heraus in den Hohlraum durch ein Objektiv gekoppelt ist bekannt. Die Technik wurde erstmals Demonstrationted durch McCutcheon et al. ²⁸ und weiter durch Galli et al. ²⁹

Protokoll

Disclaimer: Das folgende Protokoll gibt einen allgemeinen Prozessablauf Abdecken der Herstellung und Charakterisierung Techniken zur photonischen Kristall-Wellenleiter und Hohlräume. Der Prozessablauf ist für die spezifische Ausrüstung in unserem Labor optimiert und Parameter können abweichen, wenn andere Reagenzien oder Geräten verwendet wird.

Ein. Probenvorbereitung

1. Probe Spalten, - auf die Silizium-auf-Isolator (SOI)-Wafer und Verwendung eines Diamant Schreiber um eine Linie etwa 1-2 mm lang von der Kante der Siliziumoberfläche kratzen, so dass der Kratzer über die Kante des Wafers erstreckt. Richten Sie die....

Ergebnisse

Hergestellte Proben

Abbildung 1 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild (REM) eines belichteten und entwickelten Musters in einem Elektronenstrahlresist – an der „sauberen“ Kante zwischen Resist und Siliziumsubstrat ist ersichtlich, dass die vollständige Belichtung und Entwicklung erfolgreich abgeschlossen wurde. Die Belichtung von Dosis-Testmustern, bestehend aus einfachen, sich wiederholenden Formen (in unserem Fall 50 × 50 μm großen Quadraten), jeweils mit einer unterschiedli.......

Diskussion

Beispiel Herstellung

Unsere Wahl der Elektronenstrahl-Resist (dh ZEP 520A) ist aufgrund seiner gleichzeitig hoher Auflösung und Ätzresistenz. Wir glauben, dass ZEP 520A durch die UV-Licht von oben Labor Lichter emittiert beeinträchtigt sein kann; als solches empfehlen wir Platzierung Spin-beschichteten Proben in UV undurchsichtigen Behältern beim Verschieben von einem Labor zum anderen.

Bewegen auf Definieren des photonischen Kristalls Muster, vor Aussetzen.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Aceton	Fisher Scientific	A/0520/17	ACHTUNG: entzündlich, gute Belüftung verwenden und alle Zündquellen meiden.
Isopropanol	Fisher Scientific	P/7500/15	ACHTUNG: entzündlich, gute Belüftung verwenden und alle Zündquellen meiden.
Elektronenstrahlwiderstand	Marubeni Europe plc.	ZEP520A	VORSICHT: brennbar, gesundheitsschädlich durch Einatmen, Kontakt mit Haut und Augen vermeiden.
Xylole	Fisher Scientific	X/0100/17	ACHTUNG: brennbar und hochgiftig, gute Belüftung verwenden, alle Zündquellen meiden, Kontakt mit Haut und Augen vermeiden.
Microposit S1818 G2	Chestech Ltd.	10277866	VORSICHT: brennbar und verursacht Reizungen von Augen, Nase und Atemwegen.
Microposit Entwickler MF-319	Chestech Ltd.	10058721	VORSICHT: alkalische Flüssigkeit und kann Augen, Nase und Atemwege reizen.
Flusssäure	Fisher Scientific	22333-5000	ACHTUNG: extrem ätzend, zerstört leicht Gewebe; Handhabung mit vollständiger persönlicher Schutzausrüstung, die für HF.
Microposit 1165 Remover	Chestech Ltd.	10058734	VORSICHT: entzündlich und reizt Augen, Nase und Atemwege.
Schwefelsäure	Fisher Scientific	S/9120/PB17	ACHTUNG: ätzend und sehr giftig; mit persönlicher Schutzausrüstung hantieren und Einatmen von Dämpfen oder Nebeln vermeiden.
Wasserstoffperoxid	Fisher Scientific	BPE2633-500	VORSICHT: sehr gefährlich bei Haut- und Augenkontakt; Griff mit persönlicher Schutzausrüstung.
Equipment
Silicon-on-Insulator wafer	Soitec	G8P-110-01
Diamond Scribe	J M Diamond Tool Inc.	HS-415
Objektträger	Fisher Scientific	FB58622
Becher	Fisher Scientific	FB33109
Pinzetten	SPI Zubehör	PT006-AB
Ultraschallbad	Camlab	1161436
Spin-Coater	Electronic Micro Systems Ltd.	EMS 4000
Pipette	Fisher Scientific	FB55343
E-Beam-Lithographie-System	Raith Gmbh	Raith 150
Reaktives Ionenätzsystem	Proprietäres, intern entwickeltes	UV-Masken-Aligner
	Karl Süss	MJB-3
ASE-Quelle	Amonics	ALS-CL-15-B-FA	strong>VORSICHT: unsichtbare IR-Strahlung.
Singlemode-Fasern	Thorlabs	P1-SMF28E-FC-2
3 dB Faserteiler	Thorlabs	C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC
Asphärische Linsen	Neue Focus	5720-C
XYZ-Tische	Melles Griot	17AMB003/MD
Polarisations-Strahlteiler	Würfel Thorlabs	PBS104
IR-Melder	New Focus	2033
100× Objektiv	Nikon	BD Plan 100x
Oszilloskop	Tektronix	TDS1001B
Optischer Spektrumanalysator	Advantest	Q8384
IR-Sensorkarte	Newport	F-IRC2
TLS Quelle	Agilent	81940A	ACHTUNG: unsichtbare IR-Strahlung.
IR Kamera	Elektrophysik	7290A
IR-Detektor	Neuer Fokus	2153
Digitalmultimeter	Agilent	34401A
Beleuchtung	Stocker Yale	Lite Milbenmonochromator
	Spektralprodukte	DK480
Array-Detektor	Andor	DU490A-1,7
GIF-Faser	Thorlabs	31L02

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