Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie i scharakteryzowanie światłowodu lub wnęki wolnowodnego kryształu fotonicznego. Osiąga się to poprzez uprzednie przygotowanie krzemu na chipie izolatora do litografii wiązką elektronów poprzez oczyszczenie i wirowanie powłoki chipa rezystancją ZEP pięć 20 a. Drugim krokiem jest naświetlenie i opracowanie fotonicznego wzoru kryształów przy użyciu litografii wiązką elektronów do zdefiniowania wzoru i ksylenu do rozwoju.

Następnie przenieś fotoniczny wzór kryształu do górnej warstwy krzemu chipa poprzez plazmowe wytrawianie próbki w reaktywnym wytrawiaczu jonowym. Ostatnim krokiem jest usunięcie zakopanej warstwy tlenku poprzez wytrawienie krzemionki w kwasie fluorowodorowym. W ten sposób powstają membranowe fotoniczne urządzenia krystaliczne, innymi słowy urządzenia z powietrzem zarówno nad, jak i poniżej warstwy kryształu fotonicznego krzemu.

Ostatecznie urządzenie jest charakteryzowane optycznie, jeśli próbka zawiera falowody fotoniczne kryształu wśród eksperymentu z wolnym światłem opartym na interferometrze, jeśli próbka składa się z wnęk kryształów fotonicznych. Zamiast tego do charakterystyki stosuje się technikę rozpraszania rezonansowego. Celem naszej pracy jest zbadanie oddziaływań materii lekkiej w nanostrukturach fotonicznych oraz stworzenie nowatorskich urządzeń i zbadanie interesujących koncepcji w takich strukturach.

Tak więc, aby się skoncentrować i móc naprawdę skupić się na fizyce tej pracy, potrzebujemy niezawodnego protokołu produkcyjnego. Opracowaliśmy protokół oparty na krzemie na izolatorze, który uważamy za bardzo niezawodny i wygodny, a udostępniając ten protokół szerszemu gronu użytkowników i innych badaczy, mamy nadzieję stymulować większą aktywność w tej dziedzinie. Jeśli chodzi o charakterystykę naszej powolnej żywotności falowodów kryształkowych Tory'ego, nasza technika wyróżnia się prostotą i mocą, ponieważ nie wymaga żadnych elementów interferometrycznych na chipie ani ruchomych części.

Główną zaletą tej techniki rozpraszania rezonansowego w porównaniu z istniejącymi metodami jest to, że umożliwia ona charakterystykę wnęk kryształów fotonicznych i układ poza płaszczyzną, co zwykle wymagałoby wewnętrznego źródła światła Aby rozpocząć czyszczenie krzemu na płytce izolatora, umieszczając go w kąpieli ultradźwiękowej acetonu na jedną do dwóch minut. Następnie przenieś próbkę do izopropanolu na 30 sekund, aby usunąć resztki acetonu i wysusz ją za pomocą czystego, suchego pistoletu do azotu. Następnie umieść wafel w koderze wirującym i pipetuj na wystarczającej ilości fotorezystu 5 28, aby całkowicie pokryć próbkę.

Obracaj próbkę z prędkością 3 200 obr./min przez 60 sekund, aby uzyskać film o grubości 350 nanometrów. Wyjmij wafel z wirówki i piecz na gorącej płycie w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez 10 minut. Po schłodzeniu chipa umieść go w komorze naświetlania wzoru systemu litografii wiązką elektronów i pompuj w dół, gdy zostanie osiągnięta pełna próżnia.

Ustaw napięcie przyspieszenia na 30 kilowoltów i pozostaw system do zrównoważenia na jedną godzinę. Następnie naświetlić próbkę dawką powierzchniową 55 mikroamperów na centymetr kwadratowy. Używając kroku o wielkości dwóch nanometrów.

Wywołać próbkę, umieszczając ją w ksylenie w temperaturze 23 stopni Celsjusza na 45 sekund. Następnie spłucz resztki ksylenu izopropanolem. Po oczyszczeniu komory do trawienia jonów reaktywnych załaduj próbkę i przepompuj system do wartości mniejszej niż trzy razy 10 do ujemnej szóstki.

Milibar Następnie wstępnie kondycjonuje komorę, przepływając fluor i sześciofluorek siarki w stosunku jeden do jednego przy 100 SECM i pozwól gazom płynąć przez co najmniej 10 minut. Następnie ustaw moc RF na 20 watów i zapal plazmę. Wytrawiać próbkę przez około dwie minuty, upewniając się, że utrzymane jest ciśnienie w komorze pięciokrotne 10 do ujemnych dwóch milibarów.

Następnie wyjąć próbkę i oczyścić ją przez płukanie. W 1165 usunąć za pomocą mieszania ultradźwiękowego przez jedną do dwóch minut, a następnie acetonu i izopropanolu. Aby rozpocząć izolację membrany, należy obtoczyć próbkę czułym na promieniowanie UV fotorezystem micros S 1818 G dwa.

Za pomocą odpowiedniej maski fotograficznej. Zdefiniuj okna w obrębie rezystu nad wzorami kryształów fotonicznych za pomocą wyrównywacza maski UV. Wystawić próbkę na około 30 do 45 sekund.

Rozwiń fotorezyst w mikro poit developer MF 3 1 9 przez 30 do 45 sekund. Następnie płukanie i woda dejonizowana. Następnie wytrawić próbkę w jednej części kwasu fluorowodorowego na pięć części wody dejonizowanej przez 15 minut.

Po wytrawieniu dokładnie spłucz próbkę i wodą dejonizowaną. Usuń pozostały fotorezystor za pomocą acetonu przez pięć minut lub do momentu, gdy próbka wydaje się czysta. Następnie spłucz izopropanol i wysusz suszarką z azotem.

Następnie oczyścić próbkę w kąpieli pianowej z trzech części kwasu siarkowego na jedną część nadtlenku wodoru przez pięć minut. Następnie przepłukać próbkę w wodzie dejonizowanej, acetonie i izopropanolu. Na koniec przekleńcie próbkę, wykonując małe zadrapania po każdej stronie chipa, wyrównując zadrapania krawędzią szkiełka i naciskiem, aby rozszczepić wzdłuż linii zadrapań.

W celu zmierzenia krzywych transmisji i indeksu grupowania fotonicznych fal kryształowych w wolnym świetle, należy skonfigurować pokazany tutaj symulowany system detekcji interferometrycznej Zendera, jak opisano szczegółowo w dołączonym protokole. Następnie włóż chip na miejsce i połącz światło z pustym falowodem grzbietowym. Dostosuj stopień opóźnienia, aż długość ramienia odniesienia będzie krótsza niż ramię próbki.

Kontynuuj regulację stopnia opóźnienia i obserwuj przesyłaną moc przez ciągłą powłokę optycznego analizatora widma. Dostosuj, aż zaobserwuje się od czterech do 10 prążków w zakresie długości fal 10 nanometrów. Po wyregulowaniu utrzymuj linię opóźniającą stałą przez cały czas pomiarów.

Następnie skalibruj konfigurację, uruchamiając trzy skany ślepego falowodu na optycznym analizatorze widma przy użyciu rozdzielczości od 0,05 do 0,1 nanometra. Jeden skan dla widma zakłóceń i jeden skan dla każdego z dwóch ramion osobno. Zapisz każde zmierzone widmo.

Następnie uruchom te same trzy skany na każdym światłowodzie fal kryształu fotonicznego na chipie. Na koniec oblicz krzywą transmisji, normalizując widmo próbki falowodu kryształu fotonicznego do widma falowego na falowodzie ślepym. Oblicz również krzywą indeksu grupy na podstawie widm interferencyjnych, jak opisano w protokole.

Zacznij od zamontowania próbki pionowo z orientacją 45 stopni do osi polaryzatora na mikrobloku XY, Z z napędem różnicowym i wyreguluj mikroblok tak, aby próbka była ostra i można było zobaczyć wnękę za pomocą kamery przy użyciu wzmocnionego źródła emisji spontanicznej. Wyrównaj belkę ze środkiem gniazda. Następnie rozpocznij szerokie skanowanie z rozdzielczością od ładowania do umiarkowanej.

W celu zidentyfikowania pików wnęki należy uzyskać długość fali przebiegu rezonansu w skanowaniu emisji spontanicznej ze wzmocnieniem z dokładnością plus minus jednego nanometra. Po zidentyfikowaniu pików wnęki należy wykonać skany w wysokiej rozdzielczości z przestrajalnym źródłem lasera osłabionym do poziomu mikrowatów. Skanuj z rozdzielczością jednego pikometra dla zakresu dwóch nanometrów wyśrodkowanego na wcześniej znalezionej długości fali rezonansowej.

Zmień pozycję XY, Z mikrobloku i uruchom ponownie skanowanie, aż stosunek sygnału do szumu zostanie zmaksymalizowany, a kształt linii będzie zbliżony do pokazanego tutaj lianu. Udane wytrawianie za pomocą systemu wytrawiania jonami reaktywnymi daje próbkę z pionowymi ściankami bocznymi i bez poszerzenia otworów na żadnej powierzchni krzemu. Ustawienia ciśnienia, mocy i czasu zostały zoptymalizowane pod kątem idealnego tworzenia konstrukcji.

Gdy ciśnienie trawienia jonów reaktywnych jest powyżej optymalnego, wzrost ciśnienia powoduje powstanie kąta w ścianie kryształu fotonicznego. Wzrost mocy RF może również powodować nieprawidłowości w krysztale, takie jak poszerzenie otworów w kryształach fotonicznych pokazanych po prawej stronie. Zbyt długi czas naświetlania powoduje kombinację efektów spowodowanych rozpadem fotorezystu, co skutkuje poszerzeniem otworów w kryształach fotonicznych i skośnych ściankach bocznych.

Falowód ślepy powoduje równomiernie rozmieszczone prążki w całym zakresie długości fali. Kiedy ślepa próba zostanie zastąpiona fotonicznym falowódem krystalicznym o długości 80 mikrometrów, prążki stają się gęstsze przy długościach fal powyżej 1 575 nanometrów, co oznacza przejście z reżimu szybkiego do wolnego światła. Ta metoda zapewnia zmierzone indeksy grupowe w nadmiarze 100 dla falowody o długości 80 mikrometrów i prawie 90 dla przewodnika o długości 300 mikrometrów.

Skany o wysokiej rozdzielczości za pomocą źródła laserowego T Noble idealnie wytworzą kształt linii Liana do dokładnej analizy czynnika Q wynoszącej 43 855 przy długości fali około 1 562 nanometrów. Protokół, który właśnie opisaliśmy, został zoptymalizowany pod kątem fotonicznych falowodów krystalicznych i wnęk w ważnym telekomunikacyjnym zakresie długości fal 1550 nanometrów. Oczywiście możemy również wykonać inne rodzaje falowódów, które są równie wymagające.

Możemy to również robić na różnych długościach fal, a dostarczając wszystkie te szczegóły społeczności, mamy nadzieję, że inni ludzie zainspirują się do wypróbowania tego również w różnych materiałach i do innych zastosowań. Dzięki naszej technice pomiarowej, opartej na interferometrii spektralnej i analizie transformacji foera, jesteśmy w stanie zmierzyć wskaźniki grupowe przekraczające 100 za pomocą bardzo prostej konfiguracji optycznej. Technika charakteryzacji wnęki pozwala na szybką, prostą i nieinwazyjną charakterystykę właściwości spektralnych nano wnęk kryształów fotonicznych, takich jak określenie współczynnika jakości rezonansowego mos.