CN100480663C - 短小光波导芯片的测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种短小光波导芯片的测量方法，是使用由激光器、输入透镜光纤、芯片、凸透镜、显示屏、输出透镜光纤和探测设备组成的设备进行的测量，包括：首先对经解理露出了波导端面的芯片用粘合剂粘在一段反光的材料上；在芯片的输入端采用输入透镜光纤引入光信号，芯片的输入端位于输入透镜光纤输出光最强点的位置，从芯片输出的光信号经凸透镜成像于显示屏，通过成像光斑判断芯片的通光情况并找出凸透镜的最佳位置点；把输出透镜光纤置于所述凸透镜的最佳成像点处以使接受到的芯片输出信号最强，该信号经光纤传输到探测设备，由此得到芯片的传输谱及波导损耗特性；完成芯片的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种光波导芯片的测量方法，尤其是一种能够快速找出短小芯片输出光信号的最强位置、排除杂散信号干扰的测量方法。
背景技术
随着微纳米加工技术的不断进步，光波导芯片的尺寸也逐渐由厘米、毫米向微米量级过度，因为波长尺度的光波导有着独特的性质。以SOI(Silicon—on—insulator)材料为例，当SOI光波导的横截面尺寸与单模光纤的孔径相当时，实现900光路弯曲的波导长度长达几千微米，但是，如果是深刻蚀的SOI纳米线波导或者光子晶体波导，其横截面尺寸为几百纳米，但实现900弯曲的波导长度仅需几微米。可见，光波导器件的小型化有利于实现大规模的芯片集成，且芯片的总体损耗也更低。但是，由此衍生出来的问题是芯片测试难度的加大。这是因为，光波导的横截面与光纤端面差异巨大，由此引起的耦合损耗大于30dB，而且，微米尺度的芯片使测试时直接找到最佳光信号的输出位置也十分困难。
芯片测试前首先需要解理、使波导端面从芯片两端露出而方便测量。常规的解理方法是，首先使衬底减薄至100微米左右，再从正面直接解理。这种方法有两个缺点，一是解理位置由于人为操作原因可能存在很大偏差，而一旦有偏差再次解理几乎是不可能的；二是芯片薄而脆，很容易被镊子夹伤、夹碎，且测量时衬底辐射光的影响将十分明显。因此，这种解理方法对于总体长度仅为几百微米的光波导芯片并不适用。
透镜光纤最早是为降低半导体激光器的输出损耗而引入的，近年来也应用于光波导器件的测试封装。但是，当芯片尺寸仅为几百纳米时，由于波导芯层很薄导致输出光信号易受杂散光的影响，而直接用透镜光纤接受光信号是很难排除背景光干扰的，一种经常发生的情况是接受到的光强很大，但是否完全是信号光则很难确定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量短小光波导芯片的方法，这种方法能够很好的实现芯片解理、提高光纤与芯片的耦合效率、排除非信号光的干扰，可以广泛应用于各种集成光学芯片的测试。
本发明是一种短小光波导芯片的测量方法，该测量方法是使用由激光器、输入透镜光纤、芯片、凸透镜、显示屏、输出透镜光纤和探测设备组成的设备进行的测量，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先对经解理露出了波导端面的芯片用粘合剂粘在一段反光的材料上；
(2)在芯片的输入端采用输入透镜光纤引入光信号，芯片的输入端位于输入透镜光纤输出光最强点的位置，从芯片输出的光信号经凸透镜成像于显示屏，通过成像光斑判断芯片的通光情况并找出凸透镜的最佳位置点；
(3)之后把输出透镜光纤置于所述凸透镜的最佳成像点处以使接受到的芯片输出信号最强，该信号经光纤传输到探测设备，由此得到芯片的传输谱及波导损耗特性；
(4)完成芯片的测量，将芯片与反光材料分离。
其中所用粘合剂是氰基丙烯酸酯粘合剂，或者是白乳胶，或者是双面胶带。
其中反光材料是表面抛光的半导体晶圆材料。
其中芯片粘在反光材料上的位置应靠近凸透镜一侧以位于透镜的成像调节范围内。
其中所述凸透镜的放大倍数不小于10倍。
其中所述透镜光纤是拉锥或者是磨锥光纤。
其中测试完成后芯片与反光材料用丙酮溶液浸泡从而分离。
附图说明
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作详细的描述，其中：
图1是用常规解理方法解理后的波导芯片；
图2是本发明实施的背面划槽解理方法的实验结果；
图3是本发明实施的短小波导芯片测量方案的步骤图；
图4是本发明实施的短小波导芯片测量方案的器件位置示意图；
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明实施的超小光波导芯片的测量方法进行详细地说明。
请参阅图3所示，本发明一种短小光波导芯片的测量方法，该测量方法是使用由激光器、输入透镜光纤、芯片、凸透镜、显示屏、输出透镜光纤和探测设备组成的设备进行的测量，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先对经解理露出了波导端面的芯片用粘合剂粘在一段反光的材料上(S01)；该粘合剂是氰基丙烯酸酯粘合剂、白乳胶、双面胶带等瞬间粘合材料；该反光材料是表面抛光的半导体晶圆材料；该芯片粘在反光材料上的位置应靠近凸透镜一侧以位于透镜的成像调节范围内；所述凸透镜的放大倍数不小于10倍；
(2)在芯片的输入端采用输入透镜光纤引入光信号，芯片的输入端位于输入透镜光纤输出光最强点的位置(S02)，从芯片输出的光信号经凸透镜成像于显示屏，通过成像光斑判断芯片的通光情况并找出凸透镜的最佳位置点；所述透镜光纤是拉锥或者是磨锥光纤；
(3)之后把输出透镜光纤置于所述凸透镜的最佳成像点处以使接受到的芯片输出信号最强，该信号经光纤传输到探测设备(S03)，由此得到芯片的传输谱及波导损耗特性；
(4)完成芯片的测量，将芯片与反光材料分离(S04)，其中测试完成后芯片与反光材料用丙酮溶液浸泡从而分离。
实施例
首先把待解理的完整芯片送入划片机，芯片背面粘于蓝膜(或其他用于粘住芯片的薄膜)而正面朝上。在远离芯片图形的位置划深槽，并测出该槽距离图形和芯片一侧边缘的距离。把芯片退出划片机，接着把它背面朝上而正面粘于蓝膜，根据已经测出的前一划痕至图形待解理位置的距离，在芯片中划出一条浅槽，该槽底部距离芯片正面留有100微米的距离。再次把芯片退出划片机、从蓝膜中取下，在显微镜下照着背面的浅槽印记进行人工解理。采用该方法解理后的芯片放大图示于图2，可以看出左右两侧解理边较图1中常规方法的解理边直，有利于测试时与光纤的耦合。
请参阅图4所示，划片后的芯片表面上将粘由蓝膜的颗粒，这将对芯片中的光传输产生一定的散射损耗。为此，首先把解理后的短小芯片4浸泡在98％的浓硫酸：40％的双氧水＝3：1的溶液中，并加热至溶液中有大量气泡不断冒起，待溶液冷却后把芯片4用去离子水振荡清洗30遍以上，用氮气枪吹干后置于丙酮溶液中，并在超声清洗机内清洗10分钟，取出芯片4置于盛有无水乙醇的烧杯中，以溶解除去残留的丙酮溶液，接着用去离子水清洗芯片20遍以上，最后用氮气吹干。如此可以把芯片4表面的大量杂质颗粒去除，使得随后的测量结果更加精确。
解理后的波导芯片4其宽度即波导长度一般为几百微米，找一段宽度约为2mm且表面经过抛光处理的硅片3，用尖头镊子从502胶水瓶中蘸取少量胶水，并涂于硅片的一侧上，胶水涂覆的长度约与波导芯片4长度相等，但涂覆的宽度应小于芯片4的宽度，避免粘住芯片4后部分胶水从芯片4下部被压溢出来而影响硅片3表面的反光度，从而影响输入拉锥光纤1与芯片4输入端的对准。随后把芯片4轻放在涂覆了胶水的硅表面上，沿芯片4宽度的一侧尽量与硅片的端面齐平，即芯片4的输出端应靠近硅片一侧的边缘，以方便凸透镜的调节。芯片4粘紧后就能防止用镊子转移芯片4时芯片丢失或损伤，同时把芯片4垫高而有利于排除衬底光的影响，也有利于对准和调节输入拉锥光纤1和输出拉锥光纤2的位置。同时，垂直放置的显微镜5利用硅片3表面的反射光能够给出芯片4和输入拉锥光纤1及输出拉锥光纤2的相对位置、便于调节位置对准。
首先把输入拉锥光纤1与芯片4的一个通光口对准，二者在水平方向上的相对位置可由垂直放置的显微镜5判断，而垂直方向上的相对位置则由水平放置的显微镜6判断。分别调节输入拉锥光纤1和放置芯片4的样片台使输入光尽可能的耦合到芯片4波导层中。在芯片的输出端，用放大20倍的凸透镜接收输出光，成像光斑将显示于显示屏上。不断调整凸透镜的位置使成像光斑最亮并能最大程度地排除衬底辐射光的影响。如果始终无法在显示屏上形成光斑，则可以断定相应的波导是不通光的。记下凸透镜的最佳位置，以便于随后的输出拉锥光纤2与芯片4的对准，同时也避免测量经光斑检查不通光的波导。
把输出拉锥光纤2调至前述凸透镜的相应位置，输出拉锥光纤2的另一端与光功率计相连。适当微调输出拉锥光纤2使得光功率计探测到的光功率最大。之后，再轻微调节输入拉锥光纤1的位置，进一步保证光功率计得到的功率最大化，此时即完成输入拉锥光纤1、待测量的波导芯片4和输出拉锥光纤2的精确对准，尽可能的避免了测量误差。测量波导的传输谱等特性时，直接把输入拉锥光纤1与可调激光器相连，扫描一定的波长范围即可测得该范围内波导的传输曲线。
测试完成后，首先分别移开输出拉锥光纤1和输出拉锥光纤2，避免它们与芯片的碰撞而损坏光纤头。把粘有芯片4的硅片2用镊子取下，浸泡在丙酮溶液中，不断摇晃振荡，待芯片4与硅片3在溶液中分离后，用镊子取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗，最后用氮气枪吹干芯片4后即可保存样品。
Claims (7)
1.一种短小光波导芯片的测量方法，该测量方法是使用由激光器、输入透镜光纤、芯片、凸透镜、显示屏、输出透镜光纤和探测设备组成的设备进行的测量，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先对经解理露出了波导端面的芯片用粘合剂粘在一段反光的材料上；
(2)在芯片的输入端采用输入透镜光纤引入光信号，芯片的输入端位于输入透镜光纤输出光最强点的位置，从芯片输出的光信号经凸透镜成像于显示屏，通过成像光斑判断芯片的通光情况并找出凸透镜的最佳位置点；
(3)之后把输出透镜光纤置于所述凸透镜的最佳成像点处以使接受到的芯片输出信号最强，该信号经光纤传输到探测设备，由此得到芯片的传输谱及波导损耗特性；
(4)完成芯片的测量，将芯片与反光材料分离。
2.根据权利要求1所述的短小光波导芯片的测量方法，其特征在于，其中所用粘合剂是氰基丙烯酸酯粘合剂，或者是白乳胶，或者是双面胶带。
3.根据权利要求1所述的短小光波导芯片的测量方法，其特征在于，其中反光材料是表面抛光的半导体晶圆材料。
4.根据权利要求1所述的短小光波导芯片的测量方法，其特征在于，其中芯片粘在反光材料上的位置应靠近凸透镜一侧以位于透镜的成像调节范围内。
5.根据权利要求1所述的短小光波导芯片的测量方法，其特征在于，其中所述凸透镜的放大倍数不小于10倍。
6.根据权利要求1所述的短小光波导芯片的测量方法，其特征在于，其中所述透镜光纤是拉锥或者是磨锥光纤。
7.根据权利要求1所述的短小光波导芯片的测量方法，其特征在于，其中测试完成后芯片与反光材料用丙酮溶液浸泡从而分离。
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