[发明专利]一种片上高品质因子硫系微环谐振腔的制备方法

说明书

本发明涉及一种片上高品质因子硫系微环谐振腔的制备方法，属于片上微纳光电子器件制备技术领域。包括：在硫系薄膜表面旋涂电子束胶、电子束选择性曝光电子束胶、退火炉回流、反应离子刻蚀、在波导结构上旋涂热固性聚合物及退火炉退火等步骤。本发明公布的制备方法解决了国际上高非线性光子器件品质因子低，性能差的问题，适用于在硫系薄膜上制备高品质、高非线性的环形谐振腔，Q提高2个数量级以上，显著提高其在片上光电子器件应用领域的应用性能，并且可以大批量制备，适用于大型光子集成。

技术领域

本发明涉及片上微纳光电子器件制备技术领域，更具体地，涉及一种片上高品质因子硫系微环谐振腔的制备方法。

背景技术

自从激光器问世之后，人们发现当高强度的激光作用到介质上时会出现与线性光学效应截然不同的现象，这种现象就是非线性光学效应。随着，人们对非线性光学效应的深入研究，发现非线性光学效应具有非常广泛的应用，其中包括，利用拉曼效应制备光放大器，利用孤子效应实现孤子通信，利用四波混频效应进行波长转换，以及利用光学参量振荡实现激光频率的调谐等。目前，主要的问题是需要激较高的能量才能激发材料的非线性效应。

微环谐振腔在光之间的强相互作用及降低非线性效应的泵浦阈值上具有非常重用的作用，其中包括四波混频、受激布里渊及受激拉曼等。此外，微环谐振腔在可调谐滤波器、波分复用和频分复用等方面也具有很广泛的应用前景。

在众多非线性材料中，硫系材料主要是由S、Se、Te和Ge、Ga、As、Sb等金属元素组成的一种红外透明材料。结合硫系本身具有优秀的红外透过窗口、高折射率及非常高的非线性折射率的优势。我们可以通过微环谐振腔的波导结构开发一个中红外波段的非线性应用器件。

但是硫系微腔的也存在一定的问题：其中包括损耗大，品质因子低，光学性能差，以及无法满足大规模光子集成器件的应用需求等。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种片上高品质因子硫系微环谐振腔的制备方法，实现一种高精度低粗糙度的谐振腔制备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种片上高品质因子硫系微环谐振腔的制备方法，包括以下步骤：

S1.在高非线性硫系薄膜表面旋涂电子束胶；由上至下依次为薄膜层、二氧化硅下包层、硅衬底构成薄膜样品；然后，在所述的薄膜层上表面旋涂电子束胶；

S2.电子束曝光：

S21.将旋涂有电子束胶的薄膜样品固定在电子束曝光的样品台的卡槽中，通过相关设备将样品调整为水平，并通过显微镜及相关设备记录下样品的相对坐标；最后，将所述的样品装在送样台上；

S22.通过电子束曝光相关软件对所想要曝光的图案进行处理，转化为控制电子束设备的程序，并输入步骤S21中记录的相对坐标；然后，将样品送入曝光室；最后，运行程序控制电子束对电子束胶选择性曝光；

S23.曝光完成之后，将样品放入显影液内进行显影去除曝光区域的电子束胶，直到形成所需要的电子束胶图案层；

S3.热回流：将含有电子束胶图案层的薄膜样品放到加热台上，利用加热台对电子束胶图案层进行快速的热回流，使其侧壁光滑且不发生形变，保持原有设计的尺寸结构不变；

S4.反应离子刻蚀：将回流后，含有电子束胶图案层的样品放置于载盘上，利用反应离子刻蚀机，对样品进行离子轰击及离子反应刻蚀，在刻蚀过程中，覆盖有电子束胶图案层的薄膜区域没有接触到刻蚀离子而被保留，其他薄膜区域经过离子反应刻蚀被去除，由于暴露在离子下的区域面积足够大，在图案的各个部分反应离子的浓度一致，因此刻蚀速率均一致，刻蚀形成的凹槽深度一致；刻蚀完成后，形成脊型波导结构的环形谐振腔，及残留电子束胶图案；