ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר ולאפיין גביש פוטוני, מוביל גל אור איטי או חלל. זה מושג על ידי הכנת הסיליקון על שבב המבודד לליתוגרפיה של קרן אלקטרונים על ידי ניקוי וסיבוב ציפוי השבב בהתנגדות ZEP חמש 20. השלב השני הוא לחשוף ולפתח את דפוס הגביש הפוטוני באמצעות ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים להגדרת דפוס וקסילן לפיתוח.

לאחר מכן, העבירו את דפוס הגביש הפוטוני לשכבת הסיליקון העליונה של השבב על ידי חריטת פלזמה של הדגימה בתחריט היונים התגובתי. השלב האחרון הוא הסרת שכבת התחמוצת הקבורה על ידי חריטת הסיליקה בחומצה הידרופלואורית. זה יוצר התקני גביש פוטוני ממברנה, במילים אחרות, מכשירים עם אוויר מעל ומתחת לשכבת הגביש הפוטוני מסיליקון.

בסופו של דבר, המכשיר מאופיין אופטית אם הדגימה מכילה מדריכי גלי גביש פוטוניים בין ניסוי אור איטי מבוסס אינטרפרומטר מבוצע אם הדגימה מורכבת מחללי גביש פוטוניים. במקום זאת, נעשה שימוש בטכניקת פיזור תהודה לאפיון. מטרת העבודה שלנו היא לחקור אינטראקציה של חומר אור בננו-מבנים פוטוניים וליצור התקנים חדשים ולחקור מושגים מעניינים במבנים כאלה.

אז כדי להתרכז ולהיות מסוגלים להתמקד באמת בפיזיקה של העבודה הזו, אנחנו צריכים פרוטוקול ייצור אמין. פיתחנו פרוטוקול המבוסס על סיליקון על מבודד, שאנו מוצאים אמין ונוח מאוד, ועל ידי הפיכת פרוטוקול זה לזמין למגוון רחב יותר של משתמשים וחוקרים אחרים, אנו מקווים לעורר פעילות רבה יותר בתחום זה. באשר לאפיון החיים האיטיים שלנו של מדריכי גלי קריסטל טוריים, הטכניקה שלנו בולטת בפשטותה ובעוצמתה מכיוון שהיא אינה דורשת רכיבים אינטרפרומטריים על השבב או חלקים נעים.

היתרון העיקרי של טכניקת פיזור תהודה זו על פני השיטות הקיימות הוא בכך שהיא מאפשרת אפיון של חללי גביש פוטוניים וסידור מחוץ למישור, אשר בדרך כלל ידרוש מקור אור פנימי כדי להתחיל לנקות סיליקון על פרוסת מבודד על ידי הנחתו באמבט קולי של אצטון למשך דקה עד שתיים. לאחר מכן העבירו את הדגימה לאיזופרופנול למשך 30 שניות כדי להסיר שאריות אצטון ולייבש אותה באמצעות אקדח חנקן נקי ויבש. לאחר מכן, הנח את הוופל לתוך קודן ספין ופיפטה על מספיק CEP 5 28 Photoresist כדי לכסות לחלוטין את הדגימה.

סובב את הדגימה ב-3, 200 סל"ד למשך 60 שניות כדי לייצר סרט בעובי 350 ננומטר. מוציאים את הוופל ממקודד הסיבוב ואופים על צלחת חמה בחום של 180 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. לאחר קירור השבב, הנח אותו בתא החשיפה לדפוס של מערכת הליתוגרפיה של קרן האלקטרונים ושאב מטה כאשר הושג ואקום מלא.

הגדר את מתח התאוצה ל -30 קילו-וולט והשאיר את המערכת לשיווי משקל למשך שעה. לאחר מכן חשוף את הדגימה במינון שטח של 55 מיקרו אמפר לסנטימטר בריבוע. באמצעות גודל מדרגה של שני ננומטר.

פתח את הדגימה על ידי הכנסתה לקסילן בטמפרטורה של 23 מעלות צלזיוס למשך 45 שניות. לאחר מכן שטפו את שאריות הקסילן עם איזופרופנול. לאחר ניקוי תא תחריט היונים הריאקטיבי, טען את הדגימה ושאב את המערכת לפחות משלוש פעמים 10 לשש השלילי.

מיליבר לאחר מכן יש לבצע חימום מוקדם של החדר על ידי זרימה בפלואור וגופרית הקס פלואוריד ביחס של אחד לאחד ב-100 SECM, ולאפשר לגזים לזרום למשך 10 דקות לפחות. לאחר מכן, הגדר את הספק ה-RF ל-20 וואט והצית פלזמה. חרטו את הדגימה למשך כשתי דקות תוך הקפדה על שמירה על לחץ תא של חמש פעמים 10 לשני מילי-בר שלילי.

לאחר מכן הסר את הדגימה ונקה אותה על ידי שטיפה. בשנת 1165, הסר עם תסיסה קולית למשך דקה עד שתיים, ואחריה אצטון ואיזופרופנול. כדי להתחיל בבידוד הממברנה, יש לצפות את הדגימה במיקרו פוטו-רזיסט רגיש ל-UV S 1818 G שתיים.

שימוש במסכת צילום מתאימה. הגדר חלונות בתוך ההתנגדות מעל דפוסי הגביש הפוטוני באמצעות מיישר מסיכת ה-UV. חשוף את הדגימה למשך כ-30 עד 45 שניות.

פתח את ההתנגדות לתמונות במפתח מיקרו פוזיט MF 3 1 9 למשך 30 עד 45 שניות. שטיפה לאחר מכן ומים נטולי יונים. לאחר מכן, חרטו את הדגימה בחלק אחד של חומצה הידרופלואורית לחמישה חלקים של מים נטולי יונים למשך 15 דקות.

לאחר התחריט יש לשטוף היטב את הדגימה ומים נטולי יונים. הסר את הפוטו-התנגדות שנותרה באמצעות אצטון למשך חמש דקות או עד שהדגימה נראית נקייה. לאחר מכן שוטפים, איזופרופנול ומייבשים בחנקן.

לאחר מכן, נקו את הדגימה באמבט פיאנה של שלושה חלקים של חומצה גופרתית לחלק אחד מי חמצן למשך חמש דקות. לאחר מכן שטפו את הדגימה באצטון מים נטולי יונים ואיזופרופנול. לבסוף, חצב את הדגימה על ידי ביצוע שריטות קטנות בכל צד של השבב המצפה את השריטות כלפי מעלה בקצה מגלשת זכוכית ולחץ כדי להיבקע לאורך קווי השריטות.

על מנת למדוד עקומות אינדקס שידור וקבוצה של מדריכי גלי גביש פוטוניים באור איטי, הגדר מערכת זיהוי אינטרפרומטרית מדומה של זנדר המוצגת כאן כמתואר בפירוט בפרוטוקול הנלווה. לאחר מכן, הכנס את השבב למקומו וחבר אור למוליך גל רכס ריק. כוונן את שלב ההשהיה עד שאורך זרוע הייחוס קצר יותר מזרוע הדגימה.

המשך להתאים את שלב ההשהיה ולהתבונן בכוח המועבר דרך עור רציף של מנתח הספקטרום האופטי. התאם עד שנצפו ארבעה עד 10 שוליים בטווח אורכי גל של 10 ננומטר. לאחר ההתאמה, שמור על קו ההשהיה קבוע לאורך כל המדידות.

לאחר מכן, כייל את ההגדרה על ידי הפעלת שלוש סריקות של מוביל הגל הריק על מנתח הספקטרום האופטי ברזולוציה של 0.05 עד 0.1 ננומטר. סריקה אחת לספקטרום ההפרעות וסריקה אחת לכל אחת משתי הזרועות בנפרד. רשום כל ספקטרום נמדד.

לאחר מכן הפעל את אותן שלוש סריקות על כל מוביל גלי קריסטל פוטוני על השבב. לבסוף, חשב את עקומת השידור על ידי נורמליזציה של ספקטרום הדגימה של מוביל גל גביש פוטוני לזה שבמוביל הגל הריק. כמו כן, חשב את עקומת אינדקס הקבוצה מספקטרום ההפרעות כמתואר בפרוטוקול.

התחל בהרכבה אנכית של הדגימה עם כיוון של 45 מעלות לציר המקטב על בלוק מיקרו XY, Z מונע דיפרנציאלי, והתאם את בלוק המיקרו כך שהדגימה תהיה בפוקוס וניתן יהיה לראות חלל עם המצלמה באמצעות מקור פליטה ספונטני מוגבר. יישר את הקורה עם מרכז החלל. לאחר מכן, התחל סריקה רחבה ברזולוציה של עומס עד בינוני.

על מנת לזהות את פסגות החלל, קבל את אורך גל המסלול של התהודה בסריקת הפליטה הספונטנית המוגברת בדיוק של פלוס מינוס ננומטר אחד. לאחר זיהוי שיאי החלל, בצע סריקות ברזולוציה גבוהה כאשר מקור הלייזר המתכוונן מוחלש לרמות מיקרו וואט. סרוק ברזולוציה של פיקו מטר אחד לטווח של שני ננומטר שבמרכזו אורך גל התהודה שנמצא קודם לכן.

שנה את מיקום ה-XY, Z של בלוק המיקרו והפעל מחדש את הסריקה עד שיחס האות לרעש יהיה מקסימלי וצורת הקו תהיה קרובה לזו של lian המוצג כאן. תחריט מוצלח עם מערכת תחריט היונים הריאקטיבי מייצר דגימה עם דפנות אנכיות וללא הרחבה של החורים באף אחד ממשטחי הסיליקון. הגדרות לחץ, כוח וזמן עברו אופטימיזציה ליצירת מבנה אידיאלי.

כאשר לחץ תחריט היונים הריאקטיבי הוא מעל האופטימלי, עליית הלחץ גורמת לזווית בדופן הגביש הפוטוני. עלייה בהספק ה-RF יכולה גם לגרום לאי-סדרים בגביש, כגון התרחבות חורי הגביש הפוטוניים המוצגים מימין. זמן חשיפה רב מדי גורם לשילוב של השפעות עקב התמוטטות הפוטו-רזיסט וכתוצאה מכך התרחבות חורי הגביש הפוטוניים והדפנות הזוויתיות.

מוליך גל ריק מביא לשוליים מפוזרים באופן אחיד על פני כל טווח אורכי הגל. כאשר הריק מוחלף במוליך גל גביש פוטוני מהונדס באורך 80 מיקרומטר, השוליים הופכים צפופים יותר באורכי גל מעל 1,575 ננומטר המסמנים את המעבר ממשטר האור המהיר למשטר האור האיטי. שיטה זו מספקת מדדים קבוצתיים נמדדים בעודף 100 עבור מוביל גל באורך 80 מיקרומטר, וכמעט 90 עבור מוביל באורך 300 מיקרומטר.

סריקות ברזולוציה גבוהה עם מקור לייזר T Noble יפיקו באופן אידיאלי צורת קו Lian לניתוח גורם Q מדויק של 43,855 באורך גל של כ-1,562 ננומטר. הפרוטוקול שתיארנו זה עתה עבר אופטימיזציה עבור מדריכי גלי גביש פוטוניים וחללים בתחום אורכי הגל החשוב של טלקומוניקציה של 1550 ננומטר. ברור שאנחנו יכולים גם ליצור סוגים אחרים של מדריכי גלים שהם תובעניים באותה מידה.

אנו יכולים לעשות זאת גם באורכי גל שונים, ועל ידי מתן כל הפרטים הללו לקהילה, אנו מקווים שאנשים אחרים יקבלו השראה לנסות זאת גם בחומרים שונים ועבור יישומים אחרים. בעזרת טכניקת המדידה שלנו, המבוססת על אינטרפרומטריה ספקטרלית וניתוח טרנספורמציה של פואר, אנו מסוגלים למדוד מדדים קבוצתיים העולים על 100 עם הגדרה אופטית פשוטה מאוד. טכניקת אפיון החלל מאפשרת אפיון מהיר, פשוט ולא פולשני של התכונות הספקטרליות של ננו חללי גביש פוטוניים, כגון קביעת גורם האיכות של MOS התהודה.