CN104600404B - 一种蛇形波导及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种蛇形波导及其制作方法，包括并列弯曲呈波浪形的至少一组波导，其特征在于：该至少一组波导包括均匀间隔设置的至少两条波导，并且每条波导包括衬底材料层和位于衬底材料层上方的薄膜层，所述至少一组波导弯曲所成的半径范围为300μm‑3mm，并且至少两条波导之间的间隔为30μm。该蛇形波导，不但结构新颖，可以进行弯曲传输，减少空间，并且制作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种波导及其制作方法。
背景技术
硫系基质弯曲波导是由脊型、条形波导和蛇形波导组成的结构新型波导，它与传统的脊型或是条形波导而言，有很多优点，其中较显著的优点是此种结构的波导不但可以进行直线传输、弯曲传输、节省空间、并且制作简单。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以既直线传输、又可以弯曲传输，节省传输空间且制备简单方便的弯曲平板波导。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种蛇形波导，包括并列弯曲呈波浪形的至少一组波导，其特征在于：该至少一组波导包括均匀间隔设置的至少两条波导，并且每条波导包括衬底材料层和位于衬底材料层上方的薄膜层，所述至少一组波导弯曲所成的半径范围为300μm-3mm，并且至少两条波导之间的间隔为30μm。
优选地，所述波导为至少两组时，每组之间的间隔为300μm，并且每组波导的宽度沿一个方向逐渐缩小。
优选地，所述波导为6组，每组波导包括5条，第一组波导每条的宽度为18μm-20μm，第二组波导每条的宽度为14μm-16μm，第三组波导每条的宽度为10μm-12μm，第四组波导每条的宽度为5μm-8μm，第五组波导每条的宽度为2μm-4μm，第六组波导每条的宽度为1μm-2μm。
优选地，所述薄膜层的厚度为800nm-1500nm。
优选地，所述薄膜层为硫系玻璃。
优选地，所述薄膜层材料为Ge20Sb15Se65，所述衬底材料层材料为SiO2。
上述蛇形波导的制作方法，其特征在于：包括如下步骤，在基底材料上设置衬底材料层，在衬底材料层上利用磁控溅射涂覆薄膜层，在薄膜层上涂覆光刻胶，然后曝光、显影，得到所制备的波导的形貌，利用电感耦合等离子体进行蚀刻，完成波导的制备。
优选地，所述薄膜层的厚度受腔内压强、起辉气压、溅射气压、溅射功率、溅射时间、气体流量等因素的影响，其中采用的腔内压强为1.0′10-4Pa-2.0′10-4Pa，起辉气压为3Pa，溅射气压为0.2Pa-0.4Pa，溅射功率为25W-30W，溅射时间为1小时30分-3小时，气体Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。
优选地，所述光刻胶涂覆的过程中选择的匀胶机的工作参数分别为慢转转速为1500rpm-2000rpm，慢转时间为3s-5s，快转转速为5000rpm-6000rpm，快转时间为25s-30s，所述曝光为利用接触式系统进行曝光，曝光时间为10s，所述显影为在氢氧化钠碱性显影液中显影，显影时间为45s-1min。
优选地，所述电感耦合等离子体刻蚀所制备的波导的厚度受刻蚀功率、刻蚀气体流量、保护气体流量、刻蚀时间、清洗剩余光刻胶选择的溶液种类以及清洗时间的影响，其中采用的刻蚀功率为上功率＜100W，下功率＜100W，刻蚀气体四氟化碳的流量为15sccm-25sccm，保护气体氧气的流量为20sccm-40sccm，刻蚀时间为3-9分钟，蚀刻后清洗剩余光刻胶选择的试剂是丙酮，清洗时间是1-5分钟。
与现有技术相比，本发明的优点在于该蛇形波导，不但结构新颖，可以进行弯曲传输，减少空间，并且制作方便。
附图说明
图1为本发明实施例的蛇形波导的示意图(每组波导均简化成一条)。
图2为本发明实施例的蛇形波导的其中一组波导的示意图。
图3为本发明实施例的蛇形波导的制作示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例的波导结构包括薄膜层和衬底材料层，薄膜层是通过磁控溅射的方式镀在衬底材料层上的，利用光刻和刻蚀的工艺，可以得到此新颖结构的波导。
本发明实施例中共有六组弯曲波导，每组弯曲波导包括有五条波导，因此同时制备的对称波导数目是30条，该六组弯曲的波导同向间隔延伸并且整体弯曲呈波浪形，即如蛇行径时所形成的形状，因此，也称作蛇形波导，如图1所示，该多条波导所弯曲成的半径范围为300μm-3mm，光在此波导中传输时，不但可以进行直线传输，而且可以曲线传输。
本发明实施例的蛇形波导，为一种硫系基质弯曲平面波导，包括薄膜层和衬底材料层，所述的薄膜层是通过磁控溅射的方式涂覆在所述的衬底材料层上的，通过光刻、刻蚀之后，所述的蛇形波导的厚度为800nm-1500nm。
所述的六组波导中，每组波导的总宽度逐渐减小，每组波导中的每条波导的宽度相同，如图2所示，即第一组波导的宽度a6大于所述的第二组波导宽度a5，大于第三组波导的宽度a4，大于第四组波导的宽度a3，大于第五组波导的宽度a2，大于第六组波导的宽度a1。
第二组波导的宽度a5，大于第三组波导的宽度a4，大于第四组波导的宽度a3，大于第五组波导的宽度a2，大于第六组波导的宽度a1。依次类推，即该六组波导，沿一个方向，每组波导的宽度逐渐缩小。
该蛇形波导在制作过程中，薄膜层厚度为800nm-1500nm，薄膜层由Ge20Sb15Se65玻璃材料制成，所述的衬底材料层由Si02材料制成。衬底材料层下方还设有基底材料，基底材料为Si。
与现有技术相比，本发明实施例的波导的优点在于不但可以进行直线传输，还可以进行弯曲传输，并且可以同时制备30条宽度不完全相同波导。优选地，6组波导中，第一组波导每条的宽度为18μm-20μm，第二组波导每条的宽度为14μm-16μm，第三组波导每条的宽度为10μm-12μm，第四组波导每条的宽度为5μm-8μm，第五组波导每条的宽度为2μm-4μm，第六组波导每条的宽度为1μm-2μm，每组波导的每条之间的间隔距离b为30μm，如图3所示，每组波导之间的间距300μm。这样可以提高传输效率。
硫系玻璃是氧元素除外的第VI主族元素(S，Se，Te)同电负性较弱的As、Sb、Ge等形成的非晶化合物，例如As2S3、Ge-As-Se、Ge-Sb-Te和Ge-Sb-Se等。硫系玻璃具有较宽的中红外透过光谱，透过波长为0.8μm-20μm，较高的材料折射率，折射率n＝2-3，较高的非线性折射率系数，n2(n2＝2-20′10-18m2/W)是石英材料的100-1000倍，较小的双光子吸收系数a2＝0.01-1′10-12m/W，超快的非线性响应，响应时间小于200fs，其中光克尔效应小于50fs，拉曼散射小于100fs，以及硫系元素可与其他元素形成化学计量或是非化学计量组成的玻璃，使其性能具有随组分连续可调的优势。以硫系玻璃为基质制备新型的波导结构已经引起了国外许多著名的光电子研究机构的极大的研究兴趣，而薄膜层由Ge20Sb15Se65玻璃材料制成，不仅具有1μm-16μm的较宽的工作波长范围，且透过率高并具有无毒环保的特性。
以下，为该蛇形波导的制作方法，实施例一：如图2所示，为本发明的实施例的硫系基质弯曲波导的制作过程，在基底材料Si上设置衬底材料层，该蛇形波导包括薄膜层和衬底材料层，薄膜层是通过磁控溅射的方式粘附在衬底材料层上。优选地，薄膜厚度受腔内压强、起辉气压、溅射气压、溅射功率、溅射时间、气体流量等因素的影响，本实施例中采用的腔内压强为1.0′10-4Pa-2.0′10-4Pa，起辉气压为3Pa，溅射气压为0.2Pa-0.4Pa。溅射功率为25W-30W，溅射时间为1小时30分钟-2小时，气体Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。所得膜厚为800nm～1000nm。
薄膜层为Ge20Sb15Se65玻璃材料，折射率为2.6～2.8，在薄膜层上涂覆光刻胶，优选的，该光刻胶可为AZ5214，涂覆光刻胶时选择的匀胶机的工作参数分别为慢转转速为1500rpm-2000rpm，慢转时间为3s-5s，快转转速为5000rpm-6000rpm，快转时间为25s-30s。此时测得光刻胶的厚度为1μm-1.3μm，然后在光刻胶上覆盖掩膜，利用接触式曝光系统进行曝光，曝光时间为10s，通过在氢氧化钠碱性显影液中显影45s-1min，此时可以清楚的观察到所制备的波导的形貌。利用电感耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)工艺，采用的刻蚀功率为上功率＜100W，、下功率＜100W，刻蚀气体四氟化碳的流量为15sccm-25sccm，保护气体氧气的流量为20sccm-40sccm。刻蚀时间为3-5分钟，就完成了波导的制备过程，之后利用丙酮清洗剩余的光刻胶，清洗时间是1-5分钟。在台阶仪上可以清楚地看到六组宽度不完全相同的波导，分别为20μm，15μm，10μm，5μm，4μm，2μm。此时波导的高度为800nm-1000nm。
实施例二：如图2所示，为本发明的实施例的硫系基质弯曲波导的制作过程，在基底材料Si上设置衬底材料层，该蛇形波导包括薄膜层和衬底材料层，薄膜层是通过磁控溅射的方式粘附在衬底材料层上，膜厚为1000nm～1200nm，优选地，薄膜厚度受腔内压强、起辉气压、溅射气压、溅射功率、溅射时间、气体流量等因素的影响，本实施例中采用的腔内压强为1.0′10-4Pa-2.0′10-4Pa，起辉气压为3Pa，溅射气压为
0.2Pa-0.4Pa。溅射功率为25W-30W，溅射时间为2小时-2小时30分钟，气体Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。
薄膜层1为Ge20Sb15Se65玻璃材料，折射率为2.6～2.8，通过涂覆光刻胶AZ5214，选择匀胶机工作参数分别为慢转转速为1500rpm-2000rpm，慢转时间为3s-5s，快转转速为5000rpm-6000rpm，快转时间为25s-30s。此时测得光刻胶的厚度为1μm-1.3μm，然后在光刻胶上覆盖掩膜，利用接触式曝光系统进行曝光，曝光时间为10s，通过在氢氧化钠碱性显影液中显影45s-1min，此时可以清楚的观察到所制备的新型波导的形貌。利用电感耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)工艺，采用的刻蚀功率为上功率＜100W，下功率＜100W，刻蚀气体四氟化碳的流量为15sccm-25sccm，保护气体氧气的流量为20sccm-40sccm。刻蚀时间为5-7分钟，就完成了波导的制备过程，之后利用丙酮清洗剩余的光刻胶。清洗时间是1-5分钟。在台阶仪上可以清楚地看到六组宽度不完全相同的波导，分别为20μm，15μm，10μm，5μm，4μm，2μm。此时波导的高度为1000nm-1200nm。
实施例三：如图2所示，为本发明的实施例的硫系基质弯曲波导的制作过程，在基底材料Si上设置衬底材料层，该蛇形波导包括薄膜层和衬底材料层，薄膜层是通过磁控溅射的方式粘附在衬底材料层上，膜厚为1200nm～1500nm，优选地，薄膜厚度受腔内压强、起辉气压、溅射气压、溅射功率、溅射时间、气体流量等因素的影响，本实施例中采用的腔内压强为1.0′10-4Pa-2.0′10-4Pa，起辉气压为3Pa，溅射气压为0.2Pa-0.4Pa。溅射功率为25W-30W，溅射时间为2小时30分钟-3小时，气体Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。
薄膜层为Ge20Sb15Se65玻璃材料，折射率为2.6～2.8，通过涂覆光刻胶AZ5214，选择匀胶机工作参数分别为慢转转速为2000rpm，慢转时间为3s-5s，快转转速为5000rpm-6000rpm，快转时间为25s-30s。此时测得光刻胶的厚度为1μm-1.3μm，然后在光刻胶上覆盖掩膜，利用接触式曝光系统进行曝光，曝光时间为10s，通过在氢氧化钠碱性显影液中显影45s-1min，此时可以清楚的观察到所制备的新型波导的形貌。利用电感耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)工艺，采用的刻蚀功率为上功率＜100W，、下功率＜100W，刻蚀气体四氟化碳的流量为15sccm-25sccm，保护气体氧气的流量为20sccm-40sccm。刻蚀时间为7-9分钟，就完成了波导的制备过程，之后利用丙酮清洗剩余的光刻胶，清洗时间是1-5分钟。在台阶仪上可以清楚地看到六组宽度不完全相同的波导，分别为20μm，15μm，10μm，5μm，4μm，2μm。此时波导的高度为1000nm-1500nm。
该蛇形波导，不但结构新颖，可以进行弯曲传输，减少空间，并且制作方便。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替代，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种蛇形波导，包括并列弯曲呈波浪形的至少一组波导，其特征在于：该至少一组波导包括均匀间隔设置的至少两条波导，并且每条波导包括衬底材料层和位于衬底材料层上方的薄膜层，所述至少一组波导弯曲所成的半径范围为300μm-3mm，并且至少两条波导之间的间隔(b)为30μm；
所述波导为至少两组时，每组之间的间隔为300μm，并且每组波导的宽度沿一个方向逐渐缩小。
2.如权利要求1所述的蛇形波导，其特征在于：所述波导为6组，每组波导包括5条，第一组波导每条的宽度为18μm-20μm，第二组波导每条的宽度为14μm-16μm，第三组波导每条的宽度为10μm-12μm，第四组波导每条的宽度为5μm-8μm，第五组波导每条的宽度为2μm-4μm，第六组波导每条的宽度为1μm-2μm。
3.如权利要求2所述的蛇形波导，其特征在于：所述薄膜层的厚度为800nm-1500nm。
4.如权利要求2所述的蛇形波导，其特征在于：所述薄膜层为硫系玻璃。
5.如权利要求3所述的蛇形波导，其特征在于：所述薄膜层材料为Ge20Sb15Se65，所述衬底材料层材料为SiO2。
6.如权利要求1-5中任一项所述的蛇形波导的制作方法，其特征在于：包括如下步骤，在基底材料上设置衬底材料层，在衬底材料层上利用磁控溅射涂覆薄膜层，在薄膜层上涂覆光刻胶，然后曝光、显影，得到所制备的波导的形貌，利用电感耦合等离子体进行蚀刻，完成波导的制备。
7.如权利要求6所述的蛇形波导的制作方法，其特征在于：所述薄膜层的厚度受腔内压强、起辉气压、溅射气压、溅射功率、溅射时间、气体流量的影响，其中采用的腔内压强为1.0×10-4Pa-2.0×10-4Pa，起辉气压为3Pa，溅射气压为0.2Pa-0.4Pa，溅射功率为25W-30W，溅射时间为1小时30分-3小时，气体Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。
8.如权利要求6所述的蛇形波导的制作方法，其特征在于：所述光刻胶涂覆的过程中选择的匀胶机的工作参数分别为慢转转速为1500rpm-2000rpm，慢转时间为3s-5s，快转转速为5000rpm-6000rpm，快转时间为25s-30s，所述曝光为利用接触式系统进行曝光，曝光时间为10s，所述显影为在氢氧化钠碱性显影液中显影，显影时间为45s-1min。
9.如权利要求6所述的蛇形波导的制作方法，其特征在于：所述电感耦合等离子体蚀刻所制备的波导的厚度受刻蚀功率、刻蚀气体流量、保护气体流量、刻蚀时间、清洗剩余光刻胶选择的溶液种类以及清洗时间的影响，其中采用的刻蚀功率为上功率＜100W，下功率＜100W，刻蚀气体四氟化碳的流量为15sccm-25sccm，保护气体氧气的流量为20sccm-40sccm，刻蚀时间为3-9分钟，蚀刻后清洗剩余光刻胶选择的试剂是丙酮，清洗时间是1-5分钟。
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