纳米压印工艺及其在光电子芯片中的应用研究

发布时间：2020-10-27 13:35

　　 随着半导体行业的发展,芯片元件越来越小,工艺特征尺寸越来越小,图形的复杂程度也逐步提高。纳米压印技术以其具备低成本,高精度,高生产效率的巨大优势,成为微纳制造领域最受关注的一个研究热点。 本论文主要就纳米压印技术中聚合物变形和填充机理,以及在光电子芯片制作中的应用进行了研究。主要的研究成果如下： (1)利用有限元算法对热压印中周期性图形和跨尺度图形聚合物的变形与填充。讨论了在周期性图形中,腔的填充度和聚合物厚度、压强、占空比之间的关系：同时讨论了在跨尺度图形中,腔的填充度和小腔的特征尺寸、两个腔之间的相对距离、填充腔高度之间的关系。 (2)利用软模板的紫外纳米压印技术制作了InP衬底上的高精度衍射光栅,描述了制作过程中的关键工艺,包括高精度的光栅掩膜制作,刻蚀转移光栅图形到半导体衬底和刻蚀残胶的去除。针对上述关键工艺中可能出现的问题,提出了改进的方案,包括：针对软模板容易变形的特性,提出了利用高压强差进行压印的方法,在保证图形完全填充的条件下减小了压印图形失真的风险；针对压印模板中光栅图形区区域性分布导致的光栅腐蚀不均匀性问题,设计增加陪衬图形区的模板来提高腐蚀光栅的均匀性；针对刻蚀残胶难以去除的问题,提出了利用多层掩膜的压印去除刻蚀残胶的方法。 (3)利用纳米压印技术制作了用于分布反馈激光器的复杂衍射光栅,激光器测试结果表明,激光器的阈值电流小于20mA,边模抑制比在40dB以上,寿命满足商用半导体激光器的寿命需求。从激光器出光光谱可以看出,激射波长位于布拉格阻带中央,说明压印制作的复杂光栅充分发挥了作用。 (4)制作了四通道多波长DFB阵列和1×4多模干涉耦合器单片集成器件,对制作中的关键工艺进行详细描述,包括对接生长技术进行无源/有源波导的对接耦合工艺,纳米压印技术制作多周期DFB光栅用以产生多波长的激射工艺,和利用多层掩膜和多次刻蚀的技术在无源/有源进行深/浅波导的制作工艺。最后对制得的器件进行了测试,器件平均闽值小于10mA,边模抑制比大于40dB,波长调谐范围大于10nm,出光功率大于0.2mW。测试结果表明该集成器件可以用于波分复用光网络中。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN405
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 下一代光刻技术
    1.3 纳米压印技术
    1.4 本论文的研究内容
2 压印过程聚合物变形机理分析
    2.1 引言
    2.2 热压印中周期性聚合物变形和填充的数值分析
    2.3 跨尺度图形的仿真分析
    2.4 本章小结
3 纳米压印技术制作高精度衍射光栅的关键工艺分析
    3.1 引言
    3.2 高精度衍射光栅制作的关键工艺
    3.3 基于纳米压印工艺的高精度衍射光栅制作和关键工艺研究
    3.4 本章小结
4 纳米压印技术在DFB激光器中的应用
    4.1 引言
    4.2 DFB激光器的原理
    4.3 纳米压印制作DFB激光器的工艺研究
    4.4 DFB激光器的性能测试
    4.5 本章小结
5 纳米压印技术在光子集成芯片中的应用
    5.1 引言
    5.2 光子集成器件的发展和应用
    5.3 单片集成四通道DFB激光器阵列和4×1 MMI器件的制作和测试
    5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录

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本文编号：2858589