三維硅光子集成關(guān)鍵技術(shù)的研究探索.pdf

1、三維硅光子集成是通過將各種硅基光子器件分別制作在垂直方向的不同層中，從而構(gòu)成多層硅光子互連網(wǎng)絡(luò)。這種技術(shù)不僅從物理上避免了單層光互連技術(shù)中不可避免的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)交叉問題，而且打破了芯片面積對(duì)單層光互連技術(shù)的限制，有效的實(shí)現(xiàn)了片上光互連集成度的提高。
　　本論文主要是對(duì)三維硅光子集成中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究探索。文中以直波導(dǎo)和雙層波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)為主，探索了三維硅光子互連中的材料生長與選取問題、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及多層硅光子器件的制作工藝，為進(jìn)一步研究

2、三維硅光子集成技術(shù)打下一定基礎(chǔ)。具體的研究內(nèi)容如下：
　　（1）對(duì)比研究了等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）和感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)汽相淀積法（ICPCVD，Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition）制備的波導(dǎo)材料在1.55μm紅外通信窗口的折射率和吸收系數(shù)，提出了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)采用IC

3、PCVD生長的材料做芯層和旋涂玻璃（SOG，Spin-On-Glass）做包層的方案。
　?。?）采用SOG替代傳統(tǒng)的SiO2材料做波導(dǎo)包層的方法，可以同時(shí)獲得非常平坦的隔離層表面。通過三維有限時(shí)域差分法（FDTD，F(xiàn)inite Difference Time Domain）模擬計(jì)算了替換方案對(duì)波導(dǎo)傳輸損耗和交叉損耗的影響。采用SiO2做包層材料的波導(dǎo)傳輸損耗為-0.383 dB/cm，交叉損耗為-0.018 dB/cross，采

4、用SOG做包層后，波導(dǎo)的傳輸損耗變?yōu)?0.463 dB/cm，交叉損耗變?yōu)?0.008 dB/cross。
　　（3）研究了采用SOG實(shí)現(xiàn)隔離層平坦化的工藝條件，達(dá)到了全局平坦化的效果，表面粗糙度僅為5.2 nm。
　?。?）研究了單層直波導(dǎo)和交叉波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的工藝流程，并制備了樣品進(jìn)行測量。SiO2做包層的波導(dǎo)傳輸損耗為-5.65 dB/cm，交叉損耗為-0.042 dB/cross。采用SOG做包層后，波導(dǎo)的傳輸損耗變?yōu)?6