CN105549152B - 一种Te基全硫系光波导的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Te基全硫系光波导的制备方法，其包括以下步骤：①取一块硫系玻璃作为衬底；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge‑Sb‑Se硫系薄膜；接着在Ge‑Sb‑Se硫系薄膜上涂覆一层光刻胶；②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材；③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层Ge15Ga10Te75硫系薄膜；④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材中的光刻胶，同时带走了位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜，形成Te基全硫系光波导；优点是其制备得到的Te基全硫系光波导具有更宽的光透过范围，且对光具有很好的限域作用，能够有效地减少传输损耗。

Description

一种Te基全硫系光波导的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光波导的制备技术，尤其是涉及一种Te基全硫系光波导的制备方法。
背景技术
集成光子技术是光子技术的重要发展方向。光波导被定义为由低折射率区域包围起来的高折射率区域，它是集成光学的基本组成单位，也是全光通信的基础。平面集成光波导器件由于其小型化、集成化的优势在光纤通讯、光学遥感、传感、光存储和光电显示等领域发挥着日益重要的作用。
硫系玻璃是以硫族元素(S(硫)、Se(硒)、Te(碲))为主，引入Si(硅)、Ge(锗)、As(砷)、Sb(锑)等元素形成的非晶态材料，是一种红外光学材料，它具有高折射率、高稀土掺杂能力、极大的光学非线性和光敏特性，这些特点使得硫系玻璃光波导器件在中红外及远红外气体和生物传感、中红外激光光源、全光器件、以及星际空间探测领域具有广阔的应用前景。图1给出了Te基材料、Se基材料、S基材料、ZBLAN材料及SiO2材料的透过光谱，从图1中可以看出Te基材料的红外透过窗口在20微米附近，而Se基材料的红外透过窗口在17微米附近，S基材料的红外透过窗口在13微米附近。由此可见，硫系材料中Te基材料与Se基材料、S基材料相比，它具有更宽的红外透过窗口(可以达到25微米)，它能够完全覆盖生物传感应用的光谱范围，在生命探测、生物有机物的指纹区探测具有广泛的应用前景。
目前的硫系玻璃光波导器件基本以SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)平台为主，其衬底为低折射率的SiO2(二氧化硅)材料，但是由于SiO2材料的红外截止波长小于4微米，因此，对于中远红外传输，用SiO2作为光学材料必然会造成很大的吸收损耗，这将影响其红外区域的工作应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Te基全硫系光波导的制备方法，其制备得到的Te基全硫系光波导具有更宽的光透过范围，且对光具有很好的限域作用，能够有效地减少传输损耗。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①取一块硫系玻璃作为衬底；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge-Sb-Se硫系薄膜；接着在Ge-Sb-Se硫系薄膜上涂覆一层光刻胶；
②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材；
③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层Ge15Ga10Te75硫系薄膜；
④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时带走位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜，形成Te基全硫系光波导。
所述的步骤①中的硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光滑的表面。
所述的步骤①中在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge-Sb-Se硫系薄膜之前，先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为：①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮中，然后利用超声波清洗15分钟～25分钟，以去除硫系玻璃上的杂质；①-2、从丙酮中取出第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗3分钟～8分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗3分钟～8分钟，以完全去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干清洗干净的硫系玻璃。在此，首先利用丙酮有效去除硫系玻璃上的杂质，然后利用甲醇初步去除硫系玻璃上残留的丙酮，再利用异丙醇完全去除硫系玻璃上残留的丙酮，最后吹干清洗干净的硫系玻璃，对硫系玻璃的表面进行清洁处理可以使后续的波导制备工艺流程保持干净。
所述的步骤①中Ge-Sb-Se硫系薄膜的镀设采用磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.5×10-4帕～2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕～3.2帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.22帕～0.27帕、溅射功率为25瓦特～30瓦特、溅射时间为2小时～3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm～55sccm。在此，采用现有的磁控溅射方法镀设Ge-Sb-Se硫系薄膜能够使得到的Ge-Sb-Se硫系薄膜的均匀性好，且组分差异小；而通过限定磁控溅射镀膜系统溅射工作的参数，可使获得的Ge-Sb-Se硫系薄膜具有致密性好、光散射损耗小、均匀性好等特点，适合平面光波导的制作。
所述的步骤①中光刻胶的涂覆利用匀胶机，其中，匀胶机先慢转后快转，慢转转速为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。在此，涂覆光刻胶先慢转后快转可以使光刻胶粘附良好且均匀。
所述的步骤①中的Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度为0.8～1.2微米，光刻胶的厚度为1.5～1.8微米。在此，限定Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度是为了减少Ge-Sb-Se硫系薄膜和Ge15Ga10Te75硫系薄膜之间的应力；限定光刻胶的厚度大于Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度是为了使硫系光波导制备得以顺利进行。
所述的步骤②的具体过程为：②-1、利用接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为8秒～12秒；②-2、在氢氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间为45秒～60秒。在此，限定曝光时间是为了在已涂覆光刻胶的基材上产生一个良好的图形；限定显影时间是为了把掩膜板的图形准确复制到光刻胶中，以保证光刻的质量。
所述的步骤③中Ge15Ga10Te75硫系薄膜的镀设采用磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.5×10-4帕～2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕～3.2帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.22帕～0.27帕、溅射功率为25瓦特～30瓦特、溅射时间为2小时～3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm～55sccm。在此，采用现有的磁控溅射方法镀设Ge15Ga10Te75硫系薄膜能够使得到的Ge15Ga10Te75硫系薄膜的均匀性好，且组分差异小；而通过限定磁控溅射镀膜系统溅射工作的参数，以使获得的Ge15Ga10Te75硫系薄膜具有致密性好、光散射损耗小、均匀性好等特点，适合平面光波导的制作。
所述的步骤③中的Ge15Ga10Te75硫系薄膜的厚度为0.8～1.2微米。在此，限定Ge15Ga10Te75硫系薄膜的厚度是为了获得所需要的光波导的高度。
所述的步骤④中利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时带走位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜后再利用超声波清洗5分钟～10分钟；所述的步骤④中的有机溶剂为浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮。在此，在溶解光刻胶时进行超声波清洗是为了使光刻胶和有机溶剂充分接触，从而得到所需要的光波导的结构；采用浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮能够有效地溶解基材上的光刻胶，同时也带走了位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明方法以硒化物薄膜为衬底材料，碲化物薄膜为光功能传输材料，与现有的SiO2材料相比，碲化物薄膜材料具有更宽的光透过范围(长波截止波长可达～15微米)，可有效减小红外光的吸收。
2)本发明方法以硒化物薄膜和碲化物薄膜作为波导结构材料，由于硒化物和碲基材料属于同一族，材料性能相近，因此可以有效地降低波导光刻退火处理时因膨胀系数的差异而导致的膜层脱离现象。
附图说明
图1为Te材料、Se基材料、S基材料、ZBLAN材料及SiO2材料的透过光谱；
图2为利用红外椭偏仪测得的Ge24Sb3Se73硫系薄膜和Ge15Ga10Te75硫系薄膜各自的折射率与波长的关系曲线；
图3为利用本发明方法制备Te基全硫系光波导的过程中每阶段的结果示意图；
图4为实施例一制备得到的Te基全硫系光波导结构的横截面示意图；
图5a为利用现有的仿真软件对图4所示的Te基全硫系光波导进行仿真实验在波长为4.8微米处模拟得到的TE模的模场分布图；
图5b为利用现有的仿真软件对图4所示的Te基全硫系光波导进行仿真实验在波长为4.8微米处模拟得到的TM模的模场分布图。
具体实施方式
以下合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
本实施例提出的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其包括以下步骤：
①取一块尺寸为3厘米×3厘米×0.1厘米、组分为Ge20Sb15Se65的硫系玻璃(Chg)作为衬底，该硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光滑的表面；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层厚度为1.2微米的Ge24Sb3Se73硫系薄膜；接着利用现有的匀胶机在Ge24Sb3Se73硫系薄膜上涂覆一层厚度为1.5微米的光刻胶。
在此具体实施例中，在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge24Sb3Se73硫系薄膜之前，先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为：①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮中，然后利用超声波清洗20分钟，以去除硫系玻璃上的杂质；①-2、从丙酮中取出第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗5分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗5分钟，以完全去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干清洗干净的硫系玻璃。
在此具体实施例中，Ge24Sb3Se73硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为2.0×10-4帕、起辉气压为3帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.25帕、溅射功率为30瓦特、溅射时间为2小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为50sccm。
在此具体实施例中，光刻胶的涂覆利用现有的匀胶机，其中，匀胶机先慢转后快转，慢转转速为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。
在此具体实施例中，光刻胶采用AZ5214光刻胶。
②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材。光刻是影响光子学器件质量好坏的重要因素，它一方面决定了光波导所能达到的尺寸，另一方面决定了光波导线条质量的好坏。
在此具体实施例中，步骤②的具体过程为：②-1、利用现有的接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为10秒；②-2、在氢氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间为50秒。
③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层厚度为1微米的Ge15Ga10Te75硫系薄膜。
在此具体实施例中，Ge15Ga10Te75硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为2.0×10-4帕、起辉气压为3帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.25帕、溅射功率为30瓦特、溅射时间为2小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为50sccm。
④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时也带走了位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜时，再利用超声波清洗10分钟，形成Te基全硫系光波导。
在此具体实施例中，有机溶剂为浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮。
实施例二：
本实施例提出的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其包括以下步骤：
①取一块尺寸为3厘米×3厘米×0.1厘米、组分为Ge20Sb15Se65的硫系玻璃(Chg)作为衬底，该硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光滑的表面；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层厚度为1微米的Ge24Sb3Se73硫系薄膜；接着利用现有的匀胶机在Ge24Sb3Se73硫系薄膜上涂覆一层厚度为1.8微米的光刻胶。
在此具体实施例中，在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge24Sb3Se73硫系薄膜之前，先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为：①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮中，然后利用超声波清洗18分钟，以去除硫系玻璃上的杂质；①-2、从丙酮中取出第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗8分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗6分钟，以完全去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干清洗干净的硫系玻璃。
在此具体实施例中，Ge24Sb3Se73硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.8×10-4帕、起辉气压为3.2帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.22帕、溅射功率为25瓦特、溅射时间为3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为52sccm。
在此具体实施例中，光刻胶的涂覆利用现有的匀胶机，其中，匀胶机先慢转后快转，慢转转速为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。
在此具体实施例中，光刻胶采用AZ5214光刻胶。
②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材。光刻是影响光子学器件质量好坏的重要因素，它一方面决定了光波导所能达到的尺寸，另一方面决定了光波导线条质量的好坏。
在此具体实施例中，步骤②的具体过程为：②-1、利用现有的接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为8秒；②-2、在氢氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间为45秒。
③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层厚度为0.8微米的Ge15Ga10Te75硫系薄膜。
在此具体实施例中，Ge15Ga10Te75硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.8×10-4帕、起辉气压为3.2帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.22帕、溅射功率为25瓦特、溅射时间为3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为52sccm。
④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时也带走了位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜时，再利用超声波清洗8分钟，形成Te基全硫系光波导。
在此具体实施例中，有机溶剂为浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮。
实施例三：
本实施例提出的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其包括以下步骤：
①取一块尺寸为3厘米×3厘米×0.1厘米、组分为Ge28Sb12Se60的硫系玻璃(Chg)作为衬底，该硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光滑的表面；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层厚度为1.2微米的Ge20Sb15Se65硫系薄膜；接着利用现有的匀胶机在Ge20Sb15Se65硫系薄膜上涂覆一层厚度为1.5微米的光刻胶。
在此具体实施例中，在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge20Sb15Se65硫系薄膜之前，先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为：①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮中，然后利用超声波清洗25分钟，以去除硫系玻璃上的杂质；①-2、从丙酮中取出第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗4分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗8分钟，以完全去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干清洗干净的硫系玻璃。
在此具体实施例中，Ge20Sb15Se65硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.27帕、溅射功率为27瓦特、溅射时间为2.5小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm。
在此具体实施例中，光刻胶的涂覆利用现有的匀胶机，其中，匀胶机先慢转后快转，慢转转速为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。
在此具体实施例中，光刻胶采用AZ5214光刻胶。
②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材。光刻是影响光子学器件质量好坏的重要因素，它一方面决定了光波导所能达到的尺寸，另一方面决定了光波导线条质量的好坏。
在此具体实施例中，步骤②的具体过程为：②-1、利用现有的接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为12秒；②-2、在氢氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间为45秒。
③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层厚度为1微米的Ge15Ga10Te75硫系薄膜。
在此具体实施例中，Ge15Ga10Te75硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.27帕、溅射功率为27瓦特、溅射时间为2.5小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm。
④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时也带走了位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜时，再利用超声波清洗6分钟，形成Te基全硫系光波导。
在此具体实施例中，有机溶剂为浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮。
实施例四：
本实施例提出的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其包括以下步骤：
①取一块尺寸为3厘米×3厘米×0.1厘米、组分为Ge28Sb12Se60的硫系玻璃(Chg)作为衬底，该硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光滑的表面；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层厚度为1微米的Ge20Sb15Se65硫系薄膜；接着利用现有的匀胶机在Ge20Sb15Se65硫系薄膜上涂覆一层厚度为1.8微米的光刻胶。
在此具体实施例中，在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge20Sb15Se65硫系薄膜之前，先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为：①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮中，然后利用超声波清洗25分钟，以去除硫系玻璃上的杂质；①-2、从丙酮中取出第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗4分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗8分钟，以完全去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干清洗干净的硫系玻璃。
在此具体实施例中，Ge20Sb15Se65硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.27帕、溅射功率为27瓦特、溅射时间为2.5小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm。
在此具体实施例中，光刻胶的涂覆利用现有的匀胶机，其中，匀胶机先慢转后快转，慢转转速为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。
在此具体实施例中，光刻胶采用AZ5214光刻胶。
②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材。光刻是影响光子学器件质量好坏的重要因素，它一方面决定了光波导所能达到的尺寸，另一方面决定了光波导线条质量的好坏。
在此具体实施例中，步骤②的具体过程为：②-1、利用现有的接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为12秒；②-2、在氢氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间为45秒。
③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层厚度为0.8微米的Ge15Ga10Te75硫系薄膜。
在此具体实施例中，Ge15Ga10Te75硫系薄膜的镀设采用现有的磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.27帕、溅射功率为27瓦特、溅射时间为2.5小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm。
④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时也带走了位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜时，再利用超声波清洗5分钟，形成Te基全硫系光波导。
在此具体实施例中，有机溶剂为浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮。
图2给出了利用红外椭偏仪测得的Ge24Sb3Se73硫系薄膜和Ge15Ga10Te75硫系薄膜各自的折射率与波长的关系曲线。从图2中可以看出，Ge24Sb3Se73硫系薄膜和Ge15Ga10Te75硫系薄膜各自的折射率都随着波长的增大而逐渐减小，并且两者折射率有明显的差异，表明了Ge24Sb3Se73硫系薄膜和Ge15Ga10Te75硫系薄膜适合光波导的制作。
图3给出了利用本发明方法制备Te基全硫系光波导的过程中每阶段的结果示意图，图3中1为硫系玻璃，2为Ge-Sb-Se硫系薄膜，4为光刻胶，3为Ge15Ga10Te75硫系薄膜。
上述各个实施例中，光刻胶的厚度并不影响制备得到的Te基全硫系光波导的性能，厚度一般在1.5微米左右即可，操作时一般是滴几滴在Ge-Sb-Se硫系薄膜上，再甩胶，保证均匀即可。
以下结合理论，对上述四个不同的实施例制备得到的Te基全硫系光波导结构进行分析：
表1给出了不同条件下制备得到的Te基全硫系光波导结构及相关参数，包括硫系玻璃(Chg)衬底材料、Ge-Sb-Se硫系薄膜材料和厚度以及Ge15Ga10Te75硫系薄膜的厚度。
表1不同条件下制备得到的Te基全硫系光波导结构及相关参数
图4给出了实施例一制备得到的Te基全硫系光波导结构的横截面示意图，图4中W1＝4微米，H1＝1微米，H2＝1.2微米。
图5a给出了利用现有的仿真软件对图4所示的Te基全硫系光波导进行仿真实验在波长为4.8微米处模拟得到的TE模的模场分布图；图5b给出了利用现有的仿真软件对图4所示的Te基全硫系光波导进行仿真实验在波长为4.8微米处模拟得到的TM模的模场分布图。从图5a和图5b中可以看出，电场主要集中分布在波导的中心部分，且没有泄露，充分表明了本发明方法制备得到的Te基全硫系光波导结构比较好，因而本发明方法制备得到的Te基全硫系光波导结构对于实现一个小的电场有效面积提供了一个很好的光场限制作用。
本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围仅限制于上述实施例中。在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明可以以其他形式，类似材料以及组分配比来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (8)

1.一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①取一块硫系玻璃作为衬底；然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge-Sb-Se硫系薄膜；接着在Ge-Sb-Se硫系薄膜上涂覆一层光刻胶；
所述的步骤①中Ge-Sb-Se硫系薄膜的镀设采用磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.5×10-4帕～2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕～3.2帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.22帕～0.27帕、溅射功率为25瓦特～30瓦特、溅射时间为2小时～3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm～55sccm；
②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具有掩膜结构的基材；
③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层Ge15Ga10Te75硫系薄膜；
所述的步骤③中Ge15Ga10Te75硫系薄膜的镀设采用磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.5×10-4帕～2.5×10-4帕、起辉气压为2.8帕～3.2帕，磁控溅射镀膜系统的溅射气压为0.22帕～0.27帕、溅射功率为25瓦特～30瓦特、溅射时间为2小时～3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45sccm～55sccm；
④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材中的光刻胶，同时带走位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜，形成Te基全硫系光波导。
2.根据权利要求1所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤①中的硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光滑的表面。
3.根据权利要求1所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤①中在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge-Sb-Se硫系薄膜之前，先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为：①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮中，然后利用超声波清洗15分钟～25分钟，以去除硫系玻璃上的杂质；①-2、从丙酮中取出第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗3分钟～8分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗3分钟～8分钟，以完全去除硫系玻璃上残留的丙酮；①-4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干清洗干净的硫系玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤①中光刻胶的涂覆利用匀胶机，其中，匀胶机先慢转后快转，慢转转速为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。
5.根据权利要求1所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤①中的Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度为0.8～1.2微米，光刻胶的厚度为1.5～1.8微米。
6.根据权利要求4所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤②的具体过程为：②-1、利用接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为8秒～12秒；②-2、在氢氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间为45秒～60秒。
7.根据权利要求1所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤③中的Ge15Ga10Te75硫系薄膜的厚度为0.8～1.2微米。
8.根据权利要求1所述的一种Te基全硫系光波导的制备方法，其特征在于所述的步骤④中利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时带走位于光刻胶上方的Ge15Ga10Te75硫系薄膜后再利用超声波清洗5分钟～10分钟；所述的步骤④中的有机溶剂为浓度为99.9％的N-甲基吡咯烷酮。
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