納米壓印工藝及其在光電子芯片中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，芯片元件越來(lái)越小，工藝特征尺寸越來(lái)越小，圖形的復(fù)雜程度也逐步提高。納米壓印技術(shù)以其具備低成本，高精度，高生產(chǎn)效率的巨大優(yōu)勢(shì)，成為微納制造領(lǐng)域最受關(guān)注的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文主要就納米壓印技術(shù)中聚合物變形和填充機(jī)理，以及在光電子芯片制作中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用有限元算法對(duì)熱壓印中周期性圖形和跨尺度圖形聚合物的變形與填充。討論了在周期性圖形中，腔的填充度和聚合物厚度、壓強(qiáng)、占空比之間的關(guān)系

2、；同時(shí)討論了在跨尺度圖形中，腔的填充度和小腔的特征尺寸、兩個(gè)腔之間的相對(duì)距離、填充腔高度之間的關(guān)系。⑵利用軟模板的紫外納米壓印技術(shù)制作了InP襯底上的高精度衍射光柵，描述了制作過(guò)程中的關(guān)鍵工藝，包括高精度的光柵掩膜制作，刻蝕轉(zhuǎn)移光柵圖形到半導(dǎo)體襯底和刻蝕殘膠的去除。針對(duì)上述關(guān)鍵工藝中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了改進(jìn)的方案，包括：針對(duì)軟模板容易變形的特性，提出了利用高壓強(qiáng)差進(jìn)行壓印的方法，在保證圖形完全填充的條件下減小了壓印圖形失真的風(fēng)險(xiǎn)；針對(duì)

3、壓印模板中光柵圖形區(qū)區(qū)域性分布導(dǎo)致的光柵腐蝕不均勻性問(wèn)題，設(shè)計(jì)增加陪襯圖形區(qū)的模板來(lái)提高腐蝕光柵的均勻性；針對(duì)刻蝕殘膠難以去除的問(wèn)題，提出了利用多層掩膜的壓印去除刻蝕殘膠的方法。⑶利用納米壓印技術(shù)制作了用于分布反饋激光器的復(fù)雜衍射光柵，激光器測(cè)試結(jié)果表明，激光器的閾值電流小于20 mA，邊模抑制比在40dB以上，壽命滿(mǎn)足商用半導(dǎo)體激光器的壽命需求。從激光器出光光譜可以看出，激射波長(zhǎng)位于布拉格阻帶中央，說(shuō)明壓印制作的復(fù)雜光柵充分發(fā)揮了作用

4、。⑷制作了四通道多波長(zhǎng)DFB陣列和1×4多模干涉耦合器單片集成器件，對(duì)制作中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行詳細(xì)描述，包括對(duì)接生長(zhǎng)技術(shù)進(jìn)行無(wú)源/有源波導(dǎo)的對(duì)接耦合工藝，納米壓印技術(shù)制作多周期 DFB光柵用以產(chǎn)生多波長(zhǎng)的激射工藝，和利用多層掩膜和多次刻蝕的技術(shù)在無(wú)源/有源進(jìn)行深/淺波導(dǎo)的制作工藝。最后對(duì)制得的器件進(jìn)行了測(cè)試，器件平均閾值小于10mA，邊模抑制比大于40dB，波長(zhǎng)調(diào)諧范圍大于10nm，出光功率大于0.2 mW。測(cè)試結(jié)果表明該集成器件可以用于波