광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

이 절차의 전반적인 목표는 광자 결정, 느린 광파, 가이드 또는 캐비티를 제작하고 특성화하는 것입니다. 이것은 먼저 전자빔 리소그래피를 위해 절연체 칩에 실리콘을 준비하여 칩을 ZEP five 20 a 레지스트로 세척하고 스핀 코팅함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 패턴 정의를 위해 전자빔 리소그래피를 사용하고 개발을 위해 크실렌을 사용하여 광자 결정 패턴을 노출하고 개발하는 것입니다.

다음으로, 반응성 이온 에칭기에서 샘플을 플라즈마 에칭하여 광자 결정 패턴을 칩의 상단 실리콘 층으로 옮깁니다. 마지막 단계는 불산에서 실리카를 에칭하여 매몰된 산화물 층을 제거하는 것입니다. 이것은 멤브레인 광자 결정 장치, 즉 실리콘 광자 결정 층의 위와 아래에 공기가 있는 장치를 만듭니다.

궁극적으로, 이 장치는 샘플이 광자 결정 캐비티로 구성된 경우 간섭계 기반 저광 실험 중 광자 결정 도파관이 포함되어 있는지 광학적으로 특성화됩니다. 대신, 공명 산란 기법이 특성화를 위해 사용됩니다. 우리 작업의 목표는 광자 나노 구조에서 빛 물질 상호 작용을 연구하고 새로운 장치를 만들고 이러한 구조에서 흥미로운 개념을 탐구

따라서 이 작업의 물리학에 집중하고 실제로 집중할 수 있으려면 신뢰할 수 있는 제작 프로토콜이 필요합니다. 우리는 매우 신뢰할 수 있고 편리한 실리콘 온 절연체를 기반으로 하는 프로토콜을 개발했으며, 이 프로토콜을 더 많은 사용자와 다른 연구자들이 사용할 수 있도록 함으로써 이 분야에서 더 많은 활동을 촉진하기를 희망합니다. Tory 수정 웨이브 가이드의 느린 수명의 특성화에 관해서는, 우리의 기술은 온칩 간섭계 구성 요소나 가동 부품이 필요하지 않기 때문에 단순성과 강력함이 두드러집니다.

기존 방법에 비해 이 공진 산란 기술의 주요 장점은 광자 결정 공동의 특성화와 평면 외 배열을 허용한다는 것인데, 이는 일반적으로 내부 광원이 필요합니다.절연 웨이퍼의 실리콘을 1-2분 동안 아세톤의 초음파 수조에 넣어 실리콘을 청소하기 시작합니다. 그런 다음 샘플을 이소프로판올에 30초 동안 옮겨 잔류 아세톤을 제거하고 깨끗하고 건조한 질소 건을 사용하여 건조시킵니다. 다음으로, 웨이퍼를 스핀 코더에 넣고 샘플을 완전히 덮을 수 있을 만큼 충분한 CEP 5 28 포토레지스트에 피펫

60초 동안 3, 200RPM으로 샘플을 회전시켜 350나노미터 두께의 필름을 생성합니다. 스핀 코더에서 웨이퍼를 제거하고 섭씨 180도의 핫 플레이트에서 10분 동안 굽습니다. 칩이 냉각되면 전자빔 리소그래피 시스템의 패턴 노출 챔버에 칩을 놓고 완전 진공에 도달하면 펌프를 뻗습니다.

가속 전압을 30kV로 설정하고 시스템을 1시간 동안 평형 상태로 둡니다. 그런 다음 센티미터 제곱당 55마이크로 암페어의 면적 용량으로 샘플을 노출시킵니다. 2 나노 미터의 단계 크기를 사용합니다.

샘플을 섭씨 23도의 자일렌에 넣고 45초 동안 현상합니다. 그런 다음 이소프로판올로 잔류 자일렌을 헹굽니다. 반응성 이온 에칭 챔버를 세척한 후 샘플을 로드하고 시스템을 10의 3배 미만에서 음의 6까지 펌프다운합니다.

Millibar 그런 다음 100 SECM에서 Fluor와 황 헥사 플루오라이드를 1:1 비율로 흐르게 하여 챔버를 전처리하고 가스가 최소 10분 동안 흐르도록 합니다. 그런 다음 RF 전력을 20와트로 설정하고 플라즈마를 점화합니다. 약 2분 동안 샘플을 에칭하면서 챔버 압력이 5배 10에서 음의 2밀리 bar로 유지되도록 합니다.

그런 다음 샘플을 제거하고 헹궈서 청소합니다. 1165에서 1-2 분 동안 초음파 교반으로 제거한 다음 아세톤과 이소프로판올을 제거합니다. 멤브레인 분리를 시작하려면 UV 민감성 감광액 micros S S 1818 G two로 시료를 스핀 코팅합니다.

적절한 포토 마스크 사용. UV 마스크 정렬기를 사용하여 광자 결정 패턴 위의 레지스트 내에서 창을 정의합니다. 샘플을 약 30-45초 동안 노출시킵니다.

마이크로 posit 현상액 MF 3 1 9에서 30-45 초 동안 포토 레지스트를 현상합니다. 그 후에 헹구고 이온을 제거한 물. 다음으로, 불산 1부에 샘플을 탈이온수 5부에 15분 동안 에칭합니다.

에칭 후 샘플을 철저히 헹구고 탈이온수를 사용하십시오. 아세톤을 사용하여 5분 동안 또는 샘플이 깨끗해 보일 때까지 남아 있는 감광액을 제거합니다. 그런 다음 헹구고 이소프로판올을 뺀 다음 질소로 건조시킵니다.

다음으로, 황산 3:1과 과산화수소의 피아나 수조에서 5분 동안 샘플을 세척합니다. 그런 다음 샘플을 탈이온수 아세톤과 이소프로판올로 헹굽니다. 마지막으로, 칩의 각 측면에 작은 흠집을 만들고 긁힌 자국을 유리 슬라이드의 가장자리로 라이닝하고 긁힌 선을 따라 절단하도록 압력을 가하여 샘플을 절단합니다.

slow light photonic crystal wave guides의 투과 및 그룹 인덱스 곡선을 측정하려면 함께 제공되는 프로토콜에 자세히 설명된 대로 여기에 표시된 모의 zender 간섭계 검출 시스템을 설정합니다. 다음으로, 칩을 제자리에 삽입하고 빈 능선 도파관에 광을 결합합니다. 기준 암 길이가 샘플 암보다 짧아질 때까지 지연 스테이지를 조정합니다.

지연 단계를 계속 조정하고 광 스펙트럼 분석기의 연속 스킨을 통해 전송된 전력을 관찰합니다. 10나노미터 파장 범위에서 4개에서 10개의 줄무늬가 관찰될 때까지 조정합니다. 조정이 완료되면 측정 내내 지연선을 고정된 상태로 유지하십시오.

다음으로, 0.05 - 0.1 나노미터의 해상도를 사용하여 광 스펙트럼 분석기에서 블랭크 웨이브 가이드를 세 번 스캔하여 설정을 보정합니다. 간섭 스펙트럼에 대한 한 번의 스캔과 두 암 각각에 대한 한 번의 스캔을 개별적으로 수행합니다. 측정된 각 스펙트럼을 기록합니다.

그런 다음 칩의 각 광자 결정 도파관에 대해 동일한 세 개의 스캔을 실행합니다. 마지막으로, photonic crystal wave guide의 샘플 스펙트럼을 blank wave guide의 샘플 스펙트럼으로 정규화하여 투과 곡선을 계산합니다. 또한 프로토콜에 설명된 대로 간섭 스펙트럼에서 그룹 인덱스 곡선을 계산합니다.

먼저 차동 구동 XY, Z 마이크로 블록에서 편광판 축에 대해 45도 방향으로 샘플을 수직으로 장착하고 샘플에 초점이 맞춰지고 증폭된 자연 방출원을 사용하여 카메라에서 캐비티를 볼 수 있도록 마이크로 블록을 조정합니다. 빔을 캐비티의 중심에 정렬합니다. 다음으로, 중간 해상도의 부하로 광범위한 스캔을 시작합니다.

캐비티 피크를 식별하려면 증폭된 자발적 방출 스캔에서 플러스 또는 마이너스 1나노미터의 정확도로 공진의 경로 파장을 얻습니다. 캐비티 피크가 확인되면 조정 가능한 레이저 소스를 마이크로 와트 수준으로 감쇠하여 고해상도 스캔을 수행합니다. 이전에 발견된 공진 파장을 중심으로 하는 2나노미터 범위에 대해 1피코미터의 해상도로 스캔합니다.

마이크로 블록의 XY, Z 위치를 변경하고 신호 대 잡음비가 최대화되고 선 모양이 여기에 표시된 lian의 모양에 가까워질 때까지 스캔을 다시 실행합니다. 반응성 이온 에칭 시스템을 사용한 성공적인 에칭은 수직 측벽이 있고 실리콘의 어느 한 표면에서 구멍이 넓어지지 않은 샘플을 생성합니다. 압력, 전력 및 시간 설정은 모두 이상적인 구조 생성을 위해 최적화되었습니다.

반응성 이온 에칭 압력이 최적 이상일 때 압력의 증가로 인해 광자 결정 벽에 각도가 발생합니다. RF 전력의 증가는 또한 오른쪽에 표시된 광자 결정 구멍의 확장과 같은 결정의 불규칙성을 유발할 수 있습니다. 노출 시간이 너무 길면 포토레지스트의 파괴로 인해 여러 가지 효과가 발생하여 포토닉 크리스탈 홀과 각진 측벽이 넓어집니다.

블랭크 도파관은 전체 파장 범위에 걸쳐 균일하게 분포된 무늬를 생성합니다. 블랭크를 80마이크로미터 길이의 엔지니어링 저광 포토닉 크리스탈 웨이브 가이드로 교체하면 1, 575나노미터 이상의 파장에서 무늬가 더 조밀해지며, 이는 빠른 광에서 저광 영역으로의 전환을 표시합니다. 이 방법은 80 마이크로미터 길이의 파동 가이드에 대해 과도한 100, 300 마이크로미터 길이의 가이드에 대해 거의 90으로 측정된 그룹 인덱스를 제공합니다.

T Noble 레이저 소스를 사용한 고해상도 스캔은 약 1, 562나노미터의 파장에서 43, 855의 정확한 Q 인자 분석을 위한 Lian 선 모양을 이상적으로 생성합니다. 방금 설명한 프로토콜은 1550나노미터의 중요한 통신 파장 범위에서 광자 결정 웨이브 가이드 및 캐비티에 최적화되었습니다. 분명히, 우리는 똑같이 까다로운 다른 유형의 도파관을 만들 수도 있습니다.

우리는 또한 다른 파장에서 그것을 할 수 있으며, 이 모든 세부 사항을 커뮤니티에 제공함으로써 다른 사람들도 다른 재료와 다른 응용 프로그램에서 이것을 시도하도록 영감을 받기를 바랍니다. 스펙트럼 간섭계(spectral interferometry) 및 포어 변환(foer transform) 분석을 기반으로 하는 당사의 측정 기법을 사용하면 매우 간단한 광학 설정으로 100이 넘는 그룹 지수를 측정할 수 있습니다. 캐비티 특성화 기술을 사용하면 공진 MOS의 품질 계수 결정과 같은 광자 결정 나노 캐비티의 스펙트럼 특성을 빠르고 간단하며 방해가 되지 않는 특성화를 수행할 수 있습니다.