Summary
광자 크리스탈 느린 빛 waveguides와 충치의 사용하는 것은 널리 많은 서로 다른 응용 프로그램에서 포토닉스 커뮤니티에 의해 채택되었습니다. 이러한 장치의 따라서 제조 및 특성 좋은 관심입니다. 간섭 (waveguides)와 공진 산란 (충치) :이 논문은 즉 우리의 제조 기술과 두 광 특성화 방법을 설명합니다.
Abstract
느린 빛은보기의 기본 시점에서하고 실용적인 응용 프로그램을위한 상당한 잠재력이 모두에 큰 관심을 생성, 지난 10 년 동안 포토닉스 커뮤니티에서 뜨거운 주제 중 하나입니다. 느린 빛을 광자 크리스탈 waveguides는 특히 주요 부분을 연주하고 성공적으로 광 신호를 1-4 지연 고용하고 있으며 모두 선형 5-7과 비선형 장치의 강화. 8-11
광자 크리스탈 충치가 느린 빛 waveguides의와 유사한 효과를 얻을 수 있지만, 밴드 폭 감소 이상. 이러한 충치는 광학 12의 실현을 위해, 높은 Q-factor/volume 비율을 제공하며, 전기적으로 13 초저 임계 레이저와 비선형 효과의 향상을 펌프. 14-16을 또한 수동 필터 17 변조기 18-19 입증 된을 매우 좁은 라인 폭, 높은 자유 스펙트럼 R을 전시낮은 에너지 소비의 엔지 및 레코드 값입니다.
이러한 흥미로운 결과를 달성하기 위해 강력한 반복적 인 제조 프로토콜 개발해야합니다. 이 논문에서 우리는 광자 크리스탈 패턴의 정의에 대해 전자 - 빔 리소그래피 직원을 고용하고 있으며 습식 및 건식 에칭 기술을 사용하여 우리의 제조 프로토콜에서 심층적 인을 살펴보십시오. 수직으로 고생하지 않는 광자 결정에서의 최적화 된 제조 레시피 결과는 비대칭와 아주 좋은 가장자리 벽 거칠기를 나타냅니다. 우리는 유사한 문제를 파악하고 제거하기 위해 촬영 할 수있는 진단 경로로 이어지는, 에칭 매개 변수와 그 장치에 미칠 수있는 해로운 효과를 다양한 결과를 논의합니다.
느린 빛 waveguides을 평가하기위한 핵심은 전송 및 그룹 인덱스 스펙트럼의 수동적 특성입니다. 다양한 방법 특히 전송 스펙트럼 20-21의 파브리 · 페로 가장자리를 해결,보고되었습니다D 간섭 기술. 여기 22-25, 우리는 푸리에 변환 분석과 스펙트럼 간섭 측정법을 결합 직접, 광대역 측정 기술을 설명합니다. 우리가 액세스 waveguides와 노출 된 광자 크리스탈을 특징 수 있기 때문에 26 우리의 방법은 그 단순성과 능력에 띄는 필요없이 온칩 간섭 구성 요소 및 설치에 대해서만 부품 및 지연 검사를 이동 필요가 없습니다, 마하 - Zehnder 간섭계로 구성되어 있습니다.
언제 특성화 광자 크리스탈 충치, 직접 캐비티 자체의 성능에 구멍 27 미치는 영향에 연결된 내부 소스 21 외부 waveguides을 포함한 기술,이를 왜곡 측정. 여기, 우리는 간 양극화 프로브 빔의 사용을하고 프로브가 비행기 -의 목적을 통해 캐비티로 연결된다 공진 산란 (RS)로 알려져 소설 및 비 관입 기법을 설명합니다. 이 기술은 먼저 demonstra했습니다테드 McCutcheon 외. (28)에 의해 추가로 Galli 외에 의해 개발. 29
Protocol
면책 조항 : 다음 프로토콜 광자 크리스탈 waveguides와 충치의 제조 및 특성 기술을 다루는 일반적인 프로세스 흐름을 제공합니다. 프로세스 흐름은 우리의 실험실에서 사용할 수있는 특정 장비에 최적화되어 있습니다, 다른 시약이나 장비를 사용하는 경우 매개 변수가 다를 수 있습니다.
1. 샘플 준비
- 샘플 Cleaving은 - 실리콘 - 온 - 절연체 (SOI) 웨이퍼를 타고 실리콘 표면의 가장자리에서 약 1-2mm 긴 줄을 긁어하기 위해 다이아몬드 서기를 사용 스크래치는 웨이퍼의 가장자리를 통해 확장하도록해야합니다. 직선 모서리에 스크래치를 정렬 (예 : 현미경 슬라이드의)과 스크래치의 양면에 더 긍정적 인 압력을 적용 스크래치 위치에있는 크리스탈 비행기를 따라 웨이퍼 의지 다니엘. 전체 칩을 정의하는이 절차를 반복합니다.
- 샘플 청소 -주의 아세톤에 장소 샘플을 핀셋에게를 사용하는차 1-2 분을위한 초음파 욕조에 청소. 아세톤에서 샘플을 제거,주의 이소프로판올을 (30 초) (아세톤 및 이소프로판올 모두 가연성입니다 좋은 환기를 사용하여 모든 점화 소스를 방지)를 사용하여 샘플에서 남아있는 아세톤을 씻어. 깨끗한 건조 질소 총을 사용하여 샘플을 말린다.
- 저항 스핀 - 스핀 coater에 샘플을 배치합니다. 민감한 피펫 전자는 샘플에주의 ZEP520A을 (ZEP520A는 가연성이며, 피부와 눈 흡입 및 접촉에 의해 피해를 피해야한다) 저항 - 나가는 저항없이 완전히 샘플을 충당하기 위해 저항 충분히 사용합니다. 약을 제공 할만큼 샘플을 봐. 10 분에 180 ° C에서 열판에 350 nm의 두께 필름을 구워. 우리는 (참조 이상) 해상도와 에칭 저항의 균형을 최적의 두께로이 두께를 찾았습니다.
2. 패턴 정의
- 디자인 - 적절한 소프트웨어를 사용하여이 필요한 광자 결정 패턴을 시뮬레이션. 마비유용한 소프트웨어 패키지의 어이 포함 가능하지만 이에 국한되지 : 광자 밴드 (MPB)를 MIT FullWAVE (RSoft), MIT 전자기 수식 전파 (MEEP).
- 패턴 생성 - 적절한 소프트웨어를 사용하여 노출 파일 (일반적으로 GDS 형식) 및 근접 오류 수정을 만들 30.
- 패턴 노출 - 전자 빔 리소그래피 시스템 (LEO 1530 / Raith Elphy)의 챔버에 샘플을로드하고 아래로 펌프. 일단 진공이 달성되었습니다 EHT 공급에 전환 30 KV로 설정합니다. 샘플, 무대와 챔버가 평형 온도에 도달 할 수 있도록 1 시간이 상태에서 시스템을 둡니다. 특정 전자 빔 리소그래피 시스템의 사용자 설명서에 표시된대로 노출을 설정합니다. 적절한 기본 단계 크기 (예 : 2 nm 정도) (이 시스템이 노출 할 수있는 최소 픽셀 크기 임), 최소 1 밀리의 정착 시간 (사용 샘플을 노출이 시스템이 빔을 이동하고 노출 사이에 대기하는 시간이되는패턴의 특정 부분), 55 μAcm -2의 지역 복용.
- 샘플 개발 - 23의 온도에서주의 크실렌을 (크실렌 떨어져 점화 소스에서 환기가 잘되는 지역의 가연성과 높은 독성 작업을 모두하고 피부와 눈과의 접촉을 피)를 사용하여 ° C 45 초에 샘플을 개발합니다. 이소프로판올에 씻어.
3. 무늬 전송
- RIE 방 청소 - 흐름 아르곤의 속도와 200 sccm으로 수소를 설정합니다. 1 챔버 압력 × 10 -1 mBar을 달성하기 위해, 나비 밸브를 통해 펌프를 스로틀. RF 전력 100 W로 설정 플라즈마를 점화하고 적어도 10 분 동안 실행 - 약 700 V가 관찰되어야하는 DC 바이어스. 아르곤 / H 2 플라즈마를 전환 한 후 챔버는 약 1 분 동안 펌프 할 수 있습니다. 200 sccm의 챔버에 산소의 흐름 속도를 설정하고 다시 1 × 10 -1 mBar에 챔버 압력을 스로틀. 두 번째 플라즈마를 점화100 W의 전력과 산소와 5 분에 실행합니다. 이러한 절차 후, 챔버는 이전 드라이 에칭에서, 이러한 폴리머 잔류 물과 같은 오염 물질의 무료입니다. 우리는 최대 재현성을 보장하기 위해 에칭 요리법의 모든 변경하기 전에이 절차를 수행합니다. 이 절차는 병렬 판, 음극로드, RIE로 구성되어 시스템에 최적화되어 있습니다, 스로틀 밸브 부착 터보 분자 펌프 모두 12 인치 포트를 포함 높이 14 인치의 직경 메인 챔버 12인치을 갖추고 있습니다.
- 광자 크리스탈 에칭 - RIE 메인 챔버로 샘플을로드하고 다운 × 10 -6 mBar 챔버 수증기 무료입니다 보장하기 <3의 배경 압력 시스템을 펌프. 미리 에어컨하여 식각 가스 (즉 CHF 3 SF 6)와 챔버를 에칭을 시작합니다 : 100 sccm (즉 1시 1분의 가스 비율을 설정)에 두 가스의 흐름 속도를 설정하고 스로틀을 사용하여 챔버를 가져 5 × 10 압력
- 남은 제거하는 청소 샘플 전자에 민감한 저항 - 드라이 에칭 후, 아세톤에 이어, 1-2 분 동안 초음파 교반과 함께주의에 1,165 리무버 (1165는 가연성이며, 눈에 자극을 일으킬 수, 코, 호흡기)를 린스로 샘플을 청소 그리고 이소프로판올은 (단계 1.2) 위의 설명.
- 막 절연 - 스핀 - 코트 UV 민감한 사진과 샘플주의 Microposit S1818 G2 (S1818 G2는, 코, 호흡기 가연성 모두하고 눈에 자극을 유발)을 (단계 1.3 참조) 저항. appropriat를 사용하여전자 photomask는 UV 마스크 aligner를 사용하여 광자 결정 패턴 위에 저항에서 창을 정의합니다. 약 30-45 초에 대한 샘플을 쉽게받을 수 있습니다. 개발 30-45 초 동안 Microposit 개발자 MF-319 (MF-319은 알칼리성 액체이며, 눈 자극, 코, 호흡기을 일으킬 수있는)가, 드 ionised 물에 나중에 린스주의에 저항. 드 ionised에주의 1시 5분 불화 수소산 (1.1499 g / ML 48-51% HF) (처리가 HF에 대한 평가 전체 개인 보호 장비를 사용할 때 HF는 매우 부식성하고 쉽게 조직을 파괴)의 혼합물 플라스틱 비커를 준비 물. 안전상의 이유로 만 플라스틱 비커와 핀셋은 불화 수소산과 함께 사용되어야합니다. 15 분의 불화 산성 혼합물 잠기 샘플을. 에칭 후, 드 ionised 물에 철저하게 샘플을 씻어. 이 단계에서와 이후 초음파 교반하여 사용하실 수 없습니다 - 남은 아세톤 및 이소프로판올을 (단계 1.2 참조)를 사용하여 사진 저항을 제거합니다. 샘플을 보장하기 위해가능한 한 깨끗하고,이주의 피라냐 솔루션 (피라냐 솔루션은 잠재적으로 폭발성이 매우 활기찬하고 처리가 전체 개인 보호 장비를 사용하는 경우, 유기 물질을 공격) (3시 1분주의 황산 산 (황산에서 헹굼과 아세톤 및 이소프로판올 빨래를 따르십시오 처리 개인 보호 장비를 사용하여 증기 또는 안개의 흡입을 피할 때 산 5 분 동안 (과산화수소가 처리 개인 보호 장비를 사용 피부와 눈 접촉의 경우)에 매우 유해합니다) 과산화수소주의), 부식성 매우 독성 다음 드 ionised 물, 아세톤 및 이소프로판올의 샘플을 씻어. 안전상의 이유로 만 유리 비커와 금속 핀셋은 피라냐 솔루션과 함께 사용되어야합니다. 피라냐 솔루션은 아세톤이나 이소프로판올와 접촉 폭발 할 수 있기 때문에, 이러한 시약 멀리 취급해야합니다.
- 패싯 Cleaving - 광자 크리스탈 천천히 빛 도파관을 준비하는 경우, 샘플 패싯 cleaving이 필요합니다. 다니엘 SA단계 1.1에서 설명한대로 가능한 한 그와 같은 작은 스크래치를 제외하고, 동일한 절차에 따라 mple를 사용해야합니다. ~ 700 μm 두께의 기판과 SOI 칩은 안정적으로 4-5mm 긴 샘플을 아래로 흘리고 할 수 있습니다.
4. 광자 크리스탈 느린 빛 도파관 특성
- 3dB 섬유 스플리터와에 출력을 각각 사용 : - 설치의 사전 준비가 자연 방출 (ASE) 광원 (빔 경로 가능한 경우를 커버 불필요한 높은 힘을 방지 눈에 보이지 않는 IR 방사선) 증폭주의 광대역의 출력에 연결 그림 9와 같이 자유 공간 마하 - Zehnder interferometeter (MZI)의 두 팔에 몇 가지 빛. 섬유의 광 출력을 collimate하기 위해 비구면 렌즈를 사용합니다. 간섭계의 팔 중 하나에, 부부와 샘플 칩의에서 빛 광선을에 두 개의 추가 비구면 렌즈를 사용합니다. TE-극성 ligh에 샘플 팔에 편광 빔 스플리터 (PBS)를 배치t는 샘플을 입력. 그들은 재결합되는 두 번째 3dB 광섬유 분배기로 다시 두 팔에서 몇 조준 출력 빔을에 비구면 렌즈를 사용합니다. 적외선 검출기에 출력 중 하나를 연결하고 샘플에 빛을 커플 링을 최대화하기 위해 검출기의 읽기를 사용하여, 광 스펙트럼 분석기 (OSA)에 다른 출력을 연결합니다. MZI의 두 팔에 있던 섬유가 동일한 공칭 길이를 가지고 수 있도록 참조 팔에 조정할 수있는 지연 단계를 포함해야합니다 : 샘플의 면전에서 때 MZI의 두 팔은 약 같은 광학 길이가 있어야합니다 의 길이의 미세한 조절하십시오. 샘플 팔에서 샘플로 최고의 커플 링을 얻기 위해 XYZ 정밀 단계로 비구면 렌즈를 탑재합니다.
- 참조 팔 길이를 조정 - 부부 빛 빔을 빈 (광자 크리스탈없이 IE) 리지 도파관에 무선 인터넷 접속 (같은 종류의 액세스가 해당 광자 결정 내부에 피드 빛 waveguides으로)샘플 팔에 동일한 칩을 막을. OSA에 대한 지속적인 검사를 실행하고 측정 파장 스펙트럼을 관찰합니다. MZI의 무기가 매우 다른 광학 길이를 (> ~ cm)이있는 경우 이러한 가장자리가 게재되지 않습니다,. MZI의 두 팔은 거의 같은 광학 길이, 건설 및 파괴 간섭으로 인해 스펙트럼 전시 가장자리가있는 경우 프린지 간격은 두 팔 사이에 광학 경로 길이의 차이에 반비례합니다. 참조 팔이 짧은하고 OSA의 가장자리를 관찰하는 지연 단계를 이동 : 그들이 밀도 (sparser)이되면, 참조 팔 샘플 암보다 (더) 짧습니다. 참조 팔이 10 nm의 파장 범위에서 10-5에 대한 가장자리 (그림 10A 참조) 부가 간격에서 샘플 팔과 결과를보다 짧은 있는지 확인하기 위해 지연 단계를 설정합니다. 마지막으로, 최대 지연 시간을 제공하는 장치에서이 최적화를 수행하고 다음 측정을 통해 고정 지연을 유지전체 샘플의.
- 교정 실행 - 아직도 빈 도파관에 정렬하는 동안 OSA에 세 검사를 실행 간섭 스펙트럼과 별도로 두 팔의 각 (다른 팔을 차단하여 얻은)에 대해 하나의 스캔 한 스캔합니다. 0.05-0.1 nm의 해상도를 사용합니다. 각 측정 스펙트럼을 기록합니다.
- 느린 빛 데이터 수집은 - 실행 칩의 각 광자 결정 도파관을위한 단계 4.3 3 개 스펙트럼을 기록합니다.
- 푸리에 데이터 분석 - 간섭 스펙트럼 (interferogram)는 I (ω)는 수학적으로 표현된다 :
I (ω) = S (ω) + R (ω) + sqrt [S (ω) R (ω)] {EXP [iΦ (ω) - iωτ] + CC}
어디에서 S (ω)와 R은 (ω) 각각 샘플 및 참조 팔에서 별도로 측정 스펙트럼 밀도입니다. 지연 τ는 참조 팔에 지연 단계의 위치가 설정되어 있습니다. 광자 결정 도파관의 분산에 대한 정보는 단계에 포함되어 있습니다우리가 측정 된 데이터를 추출해야 용어.
빼기 비 방해 만 방해 용어를 분리하기 위해 interferogram에서 배경 S (ω) + R을 (ω).에게 용어 sqrt (SR) EXP [I (Φ-ωτ)]와 복잡한 켤레가 t 중심 봉우리에 해당 = τ와 t =-τ 각각 :. 푸리에 방해 용어 변환을 계산 수치의 두 조건 중 하나를 필터링하고 주파수 도메인으로 변환 할 수 있습니다. ωτ Δτ g, 두 팔 사이의 그룹 지연의 차이를 얻을 ω와 관련하여 발생하는 데이터의 - 위상 Φ을 (ω) 차별화. 그룹 인덱스 N g V g와 = C / V g, 그룹 속도는 주어집니다 :
N g = (Δτ g PhC - Δτ g CAL) C / L + N 칼,
Δτ g CAL이 FR를 취 보정 데이터에서 얻은 곳톰 빈 도파관, L은 광자 결정 도파관의 길이이며, N 칼 = 2.7 참조 리지 도파관의 효과적인 색인입니다. 설치의 다양한 광학 요소에서 지연에 대한 기여는 보정 실행에 고려되고, 따라서이 단계에서 차감됩니다.
- 전송 곡선은 - 빈 도파관의에 광자 결정 도파관의 샘플 스펙트럼을 정규화하여 전송 곡선을 계산합니다.
5. 광자 크리스탈 구멍 특성
- 설정 - RS에 대한 설정 (그림 14)의 준비에는 다음이 포함됩니다 편광 빔 스플리터에 교환 엘리먼트의 전환, 입력 팔에 polariser를 삽입뿐만 아니라 출력 팔에 분석기, 프로브 암에 거울을 뒤집기 가까운 적외선 소스의 사용을 허용하고, 샘플의 조명을 할 수 있습니다. 축에 45 ° 방향으로 수직으로 샘플을 마운트XYZ는 샘플 초점에 있으며 캐비티대로 그림 15 (왼쪽)에, 카메라와 함께 볼 수 있도록 마이크로 차단 및 마이크로 블록을 조정 구동 차동에 편광판 (그림 18)의. 증폭 자연 방출 (ASE) 소스를 사용하면 캐비티 그림 15 (오른쪽)의 중심으로 빔을 맞 춥니 다. 조명 거울을 멀리 이동하다가 출력 팔이 분광계 (첨부 배열 검출기와 단색화)를 입력 할 수 있습니다. 캐비티 봉우리를 식별하기 위해 해상도를 검토 할 낮은과 광범위한 스캔을 시작합니다. 1 nm의 정밀도와 ASE 스캔 (그림 16A)에서 공명의 광범위한 파장을 가져옵니다. 이주의 조정할 레이저 소스 (TLS) (그림 16b) (: 불필요한 높은 힘을 피하고, 빔 경로 가능한 경우를 커버 눈에 보이지 않는 IR 방사선)와 광범위한 스캔을 취득하는 것도 가능합니다. 하나는 해상도가하기 위해 높은 값으로 설정되어 있는지주의해야합니다모든 피크의 라인 폭을 드셔보세요.
- 확인 봉우리에 고해상도 스캔을 수행 - 입력 암에 TLS를 연결 MW 수준으로 빔을 감쇠. 출력 팔은 광 검출기에 의해 수집 할 수 있도록하고 이전에 발견 공명 파장 중심 2 nm의 범위 1 PM의 해상도로 연속 스윕 검사를 설정하여 고해상도 스캔을 준비. SNR을 최대화 할 때까지 마이크로 블록의 XYZ 위치를 변경하고 다시 실행 검사 :이 단계의 중요성은 Lorentzian 라인 형태 공명을 얻기 위해 목표로 신호 대 잡음 비율 (SNR)를 향상시키는 것입니다 대표 결과 섹션에 표시된 것과 같이 및 라인 형태는, Lorentzian의 가까운 거리에 있습니다.
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Discussion
샘플 제조
전자 - 빔 (예 : ZEP 520A) 저항 우리의 선택은 동시에 고해상도 및 에칭 저항 때문입니다. 우리는 ZEP의 520A는 오버 헤드 연구소 등으로부터 방출 된 UV 빛에 의해 영향을받을 수 있습니다 생각, 같은 우리가 한 실험실에서 다른로 이동하는 동안 UV 불투명 한 용기에 스핀 코팅 샘플을 놓는 것이 좋습니다.
이 샘플 단계로 인해이며, 진공 챔버 없습니다 - 광자 크리스탈 패턴을 정의로 이동, 샘플을 노출하기 전에 우리는 로딩이 글 중에 잘못된 정렬 오류를 감소 후 전자 빔 리소그래피 시스템은 적어도 한 시간 동안 정착 할 수 있도록하는 것으로 확인되었습니다 즉시로드 한 후 같은 온도에서 존재. (심지어 광자 크리스탈 홀 당 나노 미터에서), 로그인 결과를 챔버에 상대적으로 무대에 작은 드리프트를 작성하는 광자 크리스탈 패턴으로, 액세스 waveguides과 함께 몇 시간이 걸릴 수 있습니다광자 결정 오차에 대해 ificant의 봉합 및 가능 패턴 왜곡 오류입니다. 이 오류 한 노출에서 다른 자연의 임의이지만, 100 nm의 / 분 (절대 위치 오류)만큼 높은 수 있습니다, 그러나 상대적 위치 오류 하나의 광자 크리스탈 홀 사이에 다른 즉, 나노 미터의 순서에있을 수 어떤은 또한 패턴 작성되는 속도를 증가시켜 감소시킬 수있다. 으로 시스템이 먼저 샘플을로드 한 후 정착 할 수 있도록하여 이러한 문제가 더 (완전히 제거 하진 못했지만) 무효가 될 수 언급.
프로토콜의 섹션 3.1에서 설명 에칭 O 2 플라즈마 (플라즈마 ashing을 통해 폴리머의 제거 및 유기 잔류 물에 사용) 다음 에칭 아르곤 / H 2 플라즈마 (이온 충격으로 금속과 실리콘 오염 물질을 제거하는 데 사용) 청소 처방을 정의 광자 CR을 에칭 할 때 RIE 챔버 내 오염을 제어하기 위해 개발 된이ystals - RIE은을 위해서만 사용하지 않는 곳이 청소 RIE 챔버의 세정, 광자 결정 장치의 제조에서 가장 중요한 단계 중 하나가 우리에 의해 간주됩니다 특히로서의 경우 반복 신뢰할 수있는 제조에 답 실리콘 에칭. 아르곤 / H 2 플라즈마는 핑크 색상에 푸른 회색 (오염 된 챔버를 나타내는) (챔버 오염 물질 무료입니다 나타냅니다)에서 변경 볼 수있다, 10 분 플라즈마는 일반적으로 충분합니다. O 2 플라즈마 다음 과정의 시작 부분 (예 : 아르곤 / H 2 플라즈마 색상)에서 챔버의 청결에 따라 추가로 5-10 분 동안 수행됩니다. 이전 방법은 결론적으로 입증 할 수있다하지만 우리는 플라즈마의 색상은 챔버 청결을위한 유용한 표시기를 입증 것을 알게됩니다. 우리가 믿는 - 우리는 또한 미리 에어컨하여보다 안정적인 프로세스에서 10 분 결과에 대한 실리콘 에칭 가스와 에칭 챔버 것으로 확인되었습니다이 에칭 가스 유량이 안정화 및 사전 조건 기간 동안 챔버 벽에 adsorbed되는 원인 일 수 있습니다.
불화 산을 사용하여 세포막을 만들려면 샘플을 아래에 - 에칭하면, 액세스 waveguides는 보호해야합니다. 불화 수소산 산에 액세스 도파관과의 접촉으로 온다면, 그것은 지금 에칭 트렌치 (도파관의 양쪽) 이하 - etches micrometres 수백에 대한 액세스 waveguides을 통해 투과 해 들어 갔던 것이다. 극단적 인 경우에는 액세스 waveguides는 구부리와 스트레스로 인해 깨, 전체 칩은 쓸모없는 렌더링 수 있습니다. 불화 수소산이 등방성 식각이기 때문에, 에칭 시간은 실리콘 층에 고유 응력의 공개로 인해 올려야 멤브레인를 유발하는 측면 식각을 (수직 광자 결정 도파관까지) 방지하기 위해 제어해야합니다. 극단적 인 경우에는 과도한 세 미만 에칭은 또한 멤브레인이 파괴 될 수 있습니다.
마지막으로, 깨끗한의 생성광자 크리스탈 waveguides에 빛의 자유 공간 커플 링에 대한 측면은 매우 도전이다. 긁힌 /주의 흘리고 경우, 실리콘은 본질적으로 좋은 패싯을 (우리의 경험에서, 패싯 연마 등의 기술이 필요하지 않습니다) 형성 크리스탈 비행기를 따를 것이다. 나쁜 패싯은 각 패싯에 대형 커플 링 손실을 발생할 수 있습니다. 우리는 중요한 샘플을 작동하기 전에 cleaving 기술을 완성하는 것이 좋습니다. 그것은 한 번 좋은 다니엘은면이 손상되지 달성 된 것을 동등하게 중요합니다 : 샘플은 waveguides (칩의 끝 패싯면으로 즉되지 않음)에 평행하게 두 가장자리를 사용하여 해제해야합니다. 2~3밀리미터에 샘플 길이 아래로 안정적 설명서 ~ 700 μm 두께의 SOI 칩의 cleaving을 달성 할 수 있습니다. 작은 샘플의 경우, 우리는 기판을 썼음 제안하거나 다른 cleaving 기술을 사용합니다.
이 문서에 설명 된 프로토콜은 SOI, fabrica 뒤에 일반 원칙에 최적화되어 있지만기 방법은 에칭 도구, 에칭 화학 및 마스크 재료의 실리콘 신중하게 고려해야의 변경시 물론 다른 반도체에 장치의 제조에도 유효하여야 할 필요가있을 것입니다.
이 문서의 제조 프로토콜은 1,550 nm의 운영 센터 파장 대상 장치에 최적화되어 있습니다, 그러나 장치는 또한 MidIR (2.7-3.5 μm) 정권이 논문에 제시된 것과에 따라 제조 프로토콜을 사용하기 위해 준비되었습니다.
가벼운 그룹 지수 측정 속도
느린 빛을 측정 할 수있는 키를 매개 변수로 그룹 인덱스의 의미는 일반적으로 광자 결정 도파관의 분산을 설명하는 데 사용되는 분산 다이어그램 또는 밴드 구조 ω (K)에서 유래 된 것입니다. 34 분산 곡선의 지역 사면 ∂ ω / ∂ K가 그룹 속도 v를 g에 해당하는에서 electromagneti 속도를 즉C 에너지 equivalently 그룹 인덱스 N g = C / V g에 의해 설명 할 수있는 도파관을 통해 방문합니다. 높은 값은 일반적으로 속도가 느린 빛 정권에 속하는 것으로 간주하는 반면 약 5 NG의 가치는 빠른 빛 정권에 해당합니다.
어떤 움직임이나 진동이 interferogram 획득의 품질을 손상 경로 길이를 변경됩니다 느린 빛 MZI 설정을 구축하면, 간섭계의 두 팔의 모든 섬유 안전하게 광학 테이블에 연결되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다 . 같은 이유로, interferogram의 검색이 신속하게 수행해야합니다, 또는 단계의 변동 그룹 인덱스 데이터의 원치 않는 진동을 야기 할 것이다. MZI의 두 팔은 참조 26에서와 같이 모두 섬유를 피하기 위해 여유 공간에 완전히 실현 될 수있다 : 자유 공간 MZI 더 안정뿐만 아니라, 정렬하기 더 어려워 질 것입니다.
에 따라가장자리가 매우 긴밀하게 수렴 할 때 해상도 설정과 파브리 · 페로 가장자리의 힘은 그룹 인덱스의 결정은 큰 불확실성에 의해 영향을받습니다. 지연 단계가 처음으로 프로토콜의 단계 4.2에 설명 4-10 fringes/10 나노를, 제공하기 위해 설정하면 N g까지, 상대적으로 높은 그룹 인덱스와 길이 30-100 μm의 광자 크리스탈 waveguides 위해 잘 설계를위한> 100 일 속도가 느린 빛 waveguides 35 (그림 12 참조). 대역 에지 속도가 느린 빛은 최대 측정 그룹 지수는 높은 전파 손실로 인해, 같은 기간 동안 낮은 경향이 있습니다.
~ 4 fringes/10 nm의 부가 간격으로 우리는 안정적으로 300 μm 길이 설계 waveguides (그림 13)에서도 거의 100 그룹 인덱스를 측정 할 수 있습니다. 더 이상 waveguides를 들어, 가장자리는 매우 빠르게 매우 조밀되며, OSA의 해상도가 최대 측정 그룹 색인을 제한합니다. 단, 그 강한RA 고정 해상도와 프린지 간격은 최대 측정 그룹 지수는 도파관의 길이와 선형 확장하지 않습니다, 또한 전파 손실 분산에 의해 영향을받을 수 있습니다. 매우 긴 도파관를 들어, 우리는 그룹의 인덱스 측정을위한 구체적 동일한 디자인으로 짧은 도파관 옆에 포함하는 것이 좋습니다.
요약에서, 우리는 속도가 느린 빛을 광자 크리스탈 waveguides의 분산 특성의 실험 결정을 위해 간단하고 강력한 방법을 설명하고 있습니다. 우리 기술은 푸리에 변환 분석 36과 주파수 도메인 간섭 측정법 23 조합을 기반으로 지연 검사에 대한 필요가 없습니다 그룹 지수 곡선의 직접, 싱글 샷, 연속 매핑, 데이터 22 23-24 비선형 피팅이 가능합니다 , 25 부가 extrema의 위치 결정. 20-21,25 광대역 광원을 사용함으로써, 우리는 큰 wavele 위에 샘플에서 정보를 추출 할 수 있습니다 ngth 범위 및 매우 안정적이고 반복 가능한 방식 인치 우리는의 성능을 향상을위한 느린 빛 waveguides의 유용한 응용 프로그램에 필요한보다 훨씬 높은 값입니다 짧고 적당히 긴 두 waveguides (최대 200-250 μm), 100를 초과하는 그룹 인덱스를 측정 할 수있는 선형 및 비선형 모두 장치.
공진 산란
광자 크리스탈 충치의 경계의 빛 2 차원에서의 - 비행기, 빛이 한 차원 안내되어 광자 크리스탈 waveguides에 대비 인치 이 전자 공진기의 즉에 아날로그 에너지 붕괴에 의해 설명되어있는 초소형 볼륨, 내 빛의 저장을 할 수 있습니다. 따라서 피크의 Lorentzian lineshape 그 결과, 광자 시스템에서이 부패은 캐비티의 광자 수명과 관련된되어 기하 급수적 양식입니다. 전체 너비 하프 최대의 피크 중심 파장의 비율은 Q-인자를 나타냅니다.
jove_content는 "> RS 기술의 중요한 기능은 설정의 편광 유지 재산이며, 특히 높은 NA 목표의 것을. 여기 있기 때문에 편광을 유지하면서 높은 NA를 (높은 회수 효율)를 갖는의 호환성으로 문제를있다 높은 NA 목표는 polarizations를 혼합하는 경향이 있습니다.이 편광 intermixing 작은 봉우리과 낮은 SNR에 대한 책임을지고 있습니다.오프 공명, X-편광의 캐비티 (그림 18a)에 도착하면, 그것은 다시 객관적으로 흩어져 만 낮은 레벨에서 볼 될 수 있도록 빔 스플리터 / 분석기 (Y-편광)에 의해 필터링됩니다 검출기. 편광 intermixing의 경우, X-편광의 일부가 반대 양극화로 변환되며 배경을 증가 따라서 분석기를 전달할 수 있습니다. 캐비티에 다음에 - 공명 광 커플 경우 양극화는 Fi 인터넷 접속 설비의 기본 캐비티 모드 (빨간색 화살표에 대한 회전gure 18b)과 Y-편광 구성 요소를 만듭니다. 이 빛이 출력 팔로 이동하여 분석기를 전달하고 있습니다. 다시, 당 - 편광 따라서 신호 레벨을 줄이는 반대 편광으로 전환 할 수 있습니다. 따라서 목표는 편광 intermixing은 최소한으로 유지 될 수 있도록 선택해야합니다.
이러한 이종 구조 캐비티와 같은 초고속 Q-팩터 충치, 들어, 방출 전력이 낮습니다. 이러한 상황은 더욱 SNR을 줄일 수 있으며 정상 소음 수준에 사라진다. 잠금의 구성은 다음 피크를 복구하기 위해 소음 수준이 아닌 배경 수준을 낮출하는 데 사용되어야합니다.
Google 설정 (그림 14) 다기능 캐비티 특성화를 위해 설계되었습니다 있습니다, 그리고 RS뿐만 아니라 마이크로 photoluminescence와 두 번째 및 세 번째 고조파 주파수의 생성이 포함되어 있습니다.
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Disclosures
관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
Acknowledgments
저자는 굉장히 RS 기법 및 측정의 실행에 관한 유용한 토론을 파비아 대학에서 박사 마테오 Galli, 박사 시몬 L. Portalupi과 교수 루치 C. Andreani을 인정합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetone | Fisher Scientific | A/0520/17 | CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources. |
| Isopropanol | Fisher Scientific | P/7500/15 | CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources. |
| Electron Beam resist | Marubeni Europe plc. | ZEP520A | CAUTION: flammable, harmful by inhalation, avoid contact with skin and eyes. |
| Xylene | Fisher Scientific | X/0100/17 | CAUTION: flammable and highly toxic, use good ventilation, avoid all ignition sources, avoid contact with skin and eyes. |
| Microposit S1818 G2 | Chestech Ltd. | 10277866 | CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract. |
| Microposit Developer MF-319 | Chestech Ltd. | 10058721 | CAUTION: alkaline liquid and can cause irritation to eyes, nose and respiratory tract. |
| Hydrofluoric Acid | Fisher Scientific | 22333-5000 | CAUTION: extremely corrosive, readily destroys tissue; handle with full personal protective equipment rated for HF. |
| Microposit 1165 Remover | Chestech Ltd. | 10058734 | CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract. |
| Sulphuric Acid | Fisher Scientific | S/9120/PB17 | CAUTION: corrosive and very toxic; handle with personal protective equipment and avoid inhalation of vapours or mists. |
| Hydrogen Peroxide | Fisher Scientific | BPE2633-500 | CAUTION: very hazardous in case of skin and eye contact; handle with personal protective equipment. |
| Equipment | |||
| Silicon-on-Insulator wafer | Soitec | G8P-110-01 | |
| Diamond Scribe | J M Diamond Tool Inc. | HS-415 | |
| Microscope slides | Fisher Scientific | FB58622 | |
| Beakers | Fisher Scientific | FB33109 | |
| Tweezers | SPI Supplies | PT006-AB | |
| Ultrasonic Bath | Camlab | 1161436 | |
| Spin-Coater | Electronic Micro Systems Ltd. | EMS 4000 | |
| Pipette | Fisher Scientific | FB55343 | |
| E-beam Lithography System | Raith Gmbh | Raith 150 | |
| Reactive Ion Etching System | Proprietary In-house Designed | -- | |
| UV Mask Aligner | Karl Suss | MJB-3 | |
| ASE source | Amonics | ALS-CL-15-B-FA | CAUTION: invisible IR radiation. |
| Single mode fibers | Thorlabs | P1-SMF28E-FC-2 | |
| 3 dB fiber splitters | Thorlabs | C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC | |
| Aspheric lenses | New Focus | 5720-C | |
| XYZ stages | Melles Griot | 17AMB003/MD | |
| Polarizing beamsplitter cube | Thorlabs | PBS104 | |
| IR detector | New Focus | 2033 | |
| 100× Objective | Nikon | BD Plan 100x | |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS1001B | |
| Optical Spectrum Analyzer | Advantest | Q8384 | |
| IR sensor card | Newport | F-IRC2 | |
| TLS source | Agilent | 81940A | CAUTION: invisible IR radiation. |
| IR Camera | Electrophysics | 7290A | |
| IR Detector | New Focus | 2153 | |
| Digital Multimeter | Agilent | 34401A | |
| Illumination | Stocker Yale | Lite Mite | |
| Monochromator | Spectral Products | DK480 | |
| Array Detector | Andor | DU490A-1.7 | |
| GIF Fiber | Thorlabs | 31L02 | |
References
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