Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

Общая цель этой процедуры заключается в изготовлении и определении характеристик фотонного кристалла медленного световода или резонатора. Это достигается путем предварительной подготовки кремниевого чипа на изоляторе к электронно-лучевой литографии путем очистки и нанесения на чип полимерного покрытия ZEP 5 20 А. Второй шаг заключается в экспонировании и разработке фотонного кристаллического рисунка с использованием электронно-лучевой литографии для определения рисунка и ксилола для разработки.

Затем перенесите фотонный кристаллический рисунок в верхний слой кремния чипа путем плазменного травления образца в реактивном ионном травлении. Последним шагом является удаление скрытого оксидного слоя путем вытравливания кремнезема в плавиковой кислоте. При этом создаются мембранные фотонные кристаллические устройства, другими словами, устройства с воздухом как выше, так и ниже слоя кремниевого фотонного кристалла.

В конечном счете, устройство имеет оптические характеристики, если образец содержит фотонные кристаллические волнововоды, среди медленных световых экспериментов под интерферометром, если образец состоит из фотонных кристаллических полостей. Вместо этого для определения характеристик используется метод резонансного рассеяния. Цель нашей работы — изучить взаимодействие световой материи в фотонных наноструктурах, а также создать новые устройства и исследовать интересные концепции в таких структурах.

Поэтому, чтобы сконцентрироваться и действительно сконцентрироваться на физике этой работы, нам нужен надежный протокол изготовления. Мы разработали протокол на основе кремния на изоляторе, который мы считаем очень надежным и удобным, и, сделав этот протокол доступным для более широкого круга пользователей и других исследователей, мы надеемся стимулировать большую активность в этой области. Что касается характеристики нашей медленной жизни кристаллических волноводов Тори, то наша методика отличается простотой и мощью, поскольку она не требует встроенных интерферометрических компонентов или подвижных частей.

Основное преимущество этого метода резонансного рассеяния по сравнению с существующими методами заключается в том, что он позволяет характеризировать фотонные кристаллические полости и расположение вне плоскости, для чего обычно требуется внутренний источник света. Затем перенесите образец в изопропанол на 30 секунд, чтобы удалить остатки ацетона, и высушите его с помощью чистого сухого азотного пистолета. Затем поместите пластину в спин-кодер и нанесите пипетку на достаточное количество фоторезиста CEP 5 28, чтобы полностью покрыть образец.

Вращайте образец со скоростью 3 200 об/мин в течение 60 секунд, чтобы получить пленку толщиной 350 нанометров. Выньте из спин-кодера и выпекайте на горячей плите при температуре 180 градусов Цельсия в течение 10 минут. После того, как чип остынет, поместите его в камеру экспозиции шаблона системы электронно-лучевой литографии и откачайте вниз, когда будет достигнут полный вакуум.

Установите напряжение ускорения на 30 киловольт и оставьте систему для балансировки на один час. Затем облучите образец с квадратной дозой 55 микроампер на квадратный сантиметр. С помощью шага размером в два нанометра.

Проявите образец, поместив его в ксилол при температуре 23 градуса Цельсия на 45 секунд. Затем смойте остатки ксилола изопропанолом. После очистки камеры реактивного ионного травления загрузите образец и откачайте систему до менее чем трех умножить на 10 к минус 6.

Миллибар Затем предварительно подготовьте камеру, вливая фтор и гексафторид серы в соотношении один к одному при 100 SECM, и дайте газам течь не менее 10 минут. Далее установите мощность РЧ на 20 Вт и подожгите плазму. Протравливайте образец в течение примерно двух минут, обеспечивая при этом поддержание давления в камере в пять раз по 10 до отрицательных двух миллибар.

Затем извлеките образец и очистите его, промыв водой. В 1165 удалить с помощью ультразвукового перемешивания в течение одной-двух минут, после чего нанести ацетон и изопропанол. Для начала изоляции мембраны обложите образец ультрачувствительным фоторезистом micros S 1818 G два.

Использование соответствующей фотомаски. Определите окна в резисте над фотонными кристаллическими узорами с помощью выравнивателя UV-маски. Экспонируйте образец в течение примерно 30–45 секунд.

Проявите фоторезист в микропозиции проявителя MF 3 1 9 в течение 30-45 секунд. После этого промывка и деионизация воды. Далее протравливаем образец в одной части фтористоводородной кислоты до пяти частей деионизированной воды в течение 15 минут.

После травления образец тщательно промыть и деионизировать водой. Удалите остатки фоторезиста с помощью ацетона в течение пяти минут или до тех пор, пока образец не станет чистым. Затем промойте изопропанолом и обсушите азотом феном.

Далее очистите пробу в пианной ванне из трех частей серной кислоты на одну часть перекиси водорода в течение пяти минут. Затем промойте образец в деионизированной воде ацетон и изопропанол. Наконец, отделите образец, сделав небольшие царапины с каждой стороны скола, выровняв царапины краем предметного стекла, и надавите, чтобы расщепить вдоль линий царапин.

Чтобы измерить кривые пропускания и сгруппировать индексные кривые фотонных кристаллических волноводов медленного света, настройте показанную здесь имитацию интерферометрической системы детектирования зендера, как подробно описано в прилагаемом протоколе. Затем вставьте микросхему на место и подключите свет к пустому гребневому волноводу. Отрегулируйте ступень задержки до тех пор, пока длина эталонного плеча не станет меньше длины плеча образца.

Продолжайте регулировать каскад задержки и наблюдайте за передаваемой мощностью через непрерывный слой анализатора оптического спектра. Регулируйте до тех пор, пока не будет наблюдаться от 4 до 10 полос в диапазоне длин волн 10 нанометров. После регулировки держите линию задержки неподвижной на протяжении всех измерений.

Затем откалибруйте установку, выполнив три сканирования пустого волновода на анализаторе оптического спектра с разрешением от 0,05 до 0,1 нанометра. Одно сканирование спектра помех и одно сканирование каждого из двух плеч отдельно. Запишите каждый измеренный спектр.

Затем выполните те же три сканирования на каждом фотонно-кристаллическом волноводе на чипе. Наконец, рассчитайте кривую пропускания, нормализовав спектр образца фотонного кристаллического волнововода до спектра на пустом волноводе. Кроме того, рассчитайте кривую индекса группы по спектрам интерференции, как описано в протоколе.

Начните с вертикальной установки образца с ориентацией 45 градусов к оси поляризатора на микроблоке XY, Z с дифференциальным приводом, и отрегулируйте микроблок так, чтобы образец был в фокусе и полость можно было увидеть с помощью камеры с помощью усиленного источника спонтанного излучения. Выровняйте луч по центру полости. Далее запустите широкое сканирование с нагрузкой до умеренного разрешения.

Для того чтобы идентифицировать пики резонаторов, необходимо получить ходовую длину волны резонанса в усиленном спонтанном эмиссионном сканировании с точностью плюс-минус один нанометр. После того, как пики резонатора будут идентифицированы, выполните сканирование с высоким разрешением с помощью настраиваемого лазерного источника, ослабленного до микроваттного уровня. Сканирование с разрешением один пикометр для двухнанометрового диапазона с центром на ранее найденной резонансной длине волны.

Измените положение микроблока по осям XY, Z и повторите сканирование до тех пор, пока отношение сигнал/шум не станет максимальным, а форма линии не станет близкой к изображенной здесь. При успешном травлении с помощью системы реактивного ионного травления получается образец с вертикальными боковыми стенками и без расширения отверстий на обеих поверхностях кремния. Настройки давления, мощности и времени были оптимизированы для создания идеальной конструкции.

Когда давление реактивного ионного травления выше оптимального, увеличение давления вызывает угол в стенке фотонного кристалла. Увеличение мощности радиочастотного излучения также может привести к нарушениям в кристалле, таким как расширение фотонных кристаллических отверстий, показанных справа. Слишком большое время экспозиции вызывает комбинацию эффектов из-за разрушения фоторезиста, что приводит к расширению фотонных кристаллических отверстий и наклонным боковым стенкам.

Пустой волновод приводит к равномерному распределению полос по всему диапазону длин волн. Когда заготовка заменяется сконструированным фотонным кристаллическим волноводом длиной 80 микрометров, полосы становятся плотнее на длинах волн выше 1575 нанометров, что означает переход от режима быстрого к медленному свету. Этот метод обеспечивает измеренные групповые индексы в избыточные 100 для волнового проводника длиной 80 мкм и почти 90 для проводника длиной 300 мкм.

Сканы с высоким разрешением с помощью лазерного источника T Noble идеально подходят для получения формы линии Lian для точного анализа Q-фактора 43 855 на длине волны около 1 562 нанометров. Протокол, который мы только что описали, был оптимизирован для фотонных кристаллических волноводов и полостей в важном телекоммуникационном диапазоне длин волн 1550 нанометров. Очевидно, что мы можем сделать и другие типы волноводов, которые не менее требовательны.

Мы также можем делать это на разных длинах волн, и, предоставляя все эти детали сообществу, мы надеемся, что другие люди будут вдохновлены на то, чтобы также попробовать это на разных материалах и для других применений. С помощью нашей методики измерения, основанной на спектральной интерферометрии и анализе преобразования Фоера, мы можем измерять групповые индексы, превышающие 100, с помощью очень простой оптической установки. Метод характеризации резонаторов позволяет быстро, просто и неинтрузивно характеризировать спектральные свойства нанорезонаторов фотонных кристаллов, например, определять добротность резонансного моса.