CN115716245A - 一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，用于解决薄膜铌酸锂脊波导侧壁倾角不陡直，抛光难，散射损耗大，磨料无法回收的问题。该系统包括旋转台、喷嘴、送料管、增压泵、磨料槽和磨料液。将磨料液采用直喷式的方法喷射到芯片脊波导的侧壁，旋转台可以灵活调整喷射角度以达到对侧壁陡直度的修正，磨料粉及抛光液直接喷射更容易进入到微纳缝隙结构中完成抛光提高侧壁光滑程度，减少了脊波导侧壁的散射损耗，磨料顺着旋转台回流到磨料槽中，并利用循环系统进行回收，可做到循环利用，解决了目前磨料只能一次使用造成的浪费。该方法也可以应用到具有同样微纳结构的其他脊波导或者加载条波导上。
Description
技术领域
本发明涉及一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，涉及高精度表面抛光领域。
背景技术
薄膜铌酸锂(LNOI)继承了铌酸锂晶体固有的优点，具有宽的透明窗口、高的非线性系数、强的电光和声光特性，一直受到研究者们的广泛关注。铌酸锂薄膜兼容半导体微纳加工工艺，并且赋予了集成光子器件更高的折射率对比度和更强的光场束缚力，被认为是十分具有前景的集成光子学平台之一。
现如今通常是在薄膜铌酸锂上进行刻蚀脊波导，脊波导与传统的扩散形沟槽波导相比，脊波导能有效地减小弯曲损耗，提高了光学器件的集成度。脊波导的引入不仅减小了光学模式的尺寸，提高晶体非线性效应的效率，还有效地降低铌酸锂电光调制器的半波电压。尽管薄膜铌酸锂脊波导有上述很多优点，但是通过刻蚀出来的脊波导侧壁并不平整，会带来较多的散射损耗，且采用平面抛光工艺制作脊波导或加载条波导存在侧壁不陡直的缺陷，限制了最终芯片尺寸。
化学机械抛光(CMP)已经被开发以实现超高的表面光滑度，表面平坦化的关键工艺，广泛应用于光波导基片、光通信等光电领域。与传统的纯机械或纯化学的拋光方法不同，CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到表面纳米级平坦化。化学机械抛光过程中通常需要大量的研磨液，这些研磨液通过送料管分布于研磨垫表面，由于研磨垫高速旋转，一部分研磨液会通过离心力被甩出研磨垫之外，还有一部分研磨完也是直接排出磨抛垫，会造成大量研磨液的浪费。另外在固定好芯片以后就无法灵活的改变角度使磨抛达到最佳的磨抛位置，导致操作不便。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，用于解决薄膜铌酸锂脊波导侧壁散射损耗大，抛光难，以及磨料不能循环回收的问题。
为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供了一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，该系统包括：旋转台、喷嘴、送料管、增压泵、磨料槽和磨料液。把待抛光的薄膜铌酸锂芯片通过石蜡固定在旋转台上，送料管的一端与喷嘴相连接，送料管的另一端放入到磨料槽中，在送料管的过程中加入增压泵进行增压，通过增压泵增压从喷嘴中喷出磨料液到芯片脊波导的侧壁上，使之与波导的侧壁进行研磨，磨料和一些研磨残留物重新回流到磨抛槽中，做到循环利用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)磨抛效果好。传统磨抛的方式采用与磨抛垫的接触，磨料不能及时运输到位置，磨出来的结构并不是特别理想。采用这种直喷式研磨的方法，磨料粉和抛光液直接与脊波导侧壁接触，可以使磨料充分达到微小间隙的中间，另外可以灵活调整喷射角度，达到对侧壁最好的抛光效果，提高了研磨的质量。
(2)结构简单。采用这种直喷式研磨的方法，省去了研磨盘和抛光垫的结构，简化了研磨的过程，降低了成本。
(3)可循环回收利用。传统的磨料都是一次性使用完后不可回收，该系统能够回收磨料，避免了磨料的浪费。
附图说明
图1是本发明整个系统研磨的主体结构示意图。
图示说明：
图中：旋转台1、待抛光薄膜铌酸锂芯片2、喷嘴3、送料管4、增压泵5、磨料槽6、磨料液7。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明和详细描述。
如图1所示，是本发明整个系统研磨的主体结构示意图。在旋转台1上用石蜡固定待抛光薄膜铌酸锂芯片2。该旋转台可多角度进行调节，方便调整后续磨料液7喷射的位置，以达到对侧壁最好的抛光效果。通过送料管4将磨料槽6中的磨料液7抽送到喷嘴3，利用增压泵5进行增压，使之喷射到待抛光薄膜铌酸锂芯片2的侧壁。磨料液7和一些研磨残留物重新回流到磨抛槽6中，实现了重复性利用，避免了磨料的浪费。
在脊波导的表面，我们通常会通过溅射一层铬膜来对脊波导进行保护，而刻蚀出来的脊波导的侧壁会出现倾角不陡直的问题，从而增大了散射损耗。在没有被铬保护的侧壁，通过喷射式的研磨方法能使侧壁凹凸不平倾角不陡直的地方逐渐平滑，做到减少散射损耗的目的。
此抛光系统也可以和传统的抛光流程一样，能够先进行粗磨，然后细磨和抛光，但是不仅仅限于这些，具体取决于磨料粉和抛光液的配比和增压泵给予的压力大小。
如其中磨料7液我们选用二氧化硅磨料。薄膜铌酸锂芯片的莫氏硬度为5，铬的莫氏硬度为9，二氧化硅的莫氏硬度为7，莫氏硬度过低，会导致材料去除率过低，而过大的莫氏硬度虽然能提高去除率，但是会导致研磨表面过于粗糙。而铬的莫氏硬度为9，能较好的保护波导表面，做到只研磨侧壁的目的，使凹凸不平的侧壁变得平滑。因此选用二氧化硅为最佳。
增压泵5给予的压力不应该过大，过大的压力会导致芯片碎裂，利用高压技术将磨料粉和抛光液加压到一定压力，然后再通过内孔直径约为0.15-0.35mm的喷嘴3形成高速射流。在进行喷射研磨的过程中，应该将喷嘴对准脊波导的侧壁处，同时旋转台以一定的速度进行旋转，使得抛光均匀。磨料顺着旋转台回流到磨料槽中，并利用循环系统进行回收，可做到循环利用，解决了目前磨料只能一次使用造成的浪费。
由此可见，本发明的一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，基于直喷的方法，磨抛效果好，结构简单，可循环利用磨料，解决了在抛光薄膜铌酸锂脊波导侧壁的时候难度高，效果不好的问题。应用本发明实施例所提供的方案，有利于提升光传感、通信系统的性能。
以上所述的实施案例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，其特征在于：所用系统包括：旋转台(1)、待抛光薄膜铌酸锂芯片(2)、喷嘴(3)、送料管(4)、增压泵(5)、磨料槽(6)、磨料液(7)；
待抛光的薄膜铌酸锂芯片(2)通过石蜡固定在旋转台(1)上，送料管(4)的一端与喷嘴(3)相连接，送料管(4)的另一端放入到磨料槽(6)中，在送料管(4)的过程中加入增压泵(5)进行增压，通过增压泵(5)增压从喷嘴(3)中喷出磨料液(7)到芯片脊波导的侧壁上，使之与波导的侧壁进行充分研磨，磨料和一些研磨残留物重新回流到磨抛槽(6)中。
2.根据权利要求1中所述的一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，其特征在于：旋转台(1)或喷嘴(3)都可以灵活调整喷射角度以达到对侧壁陡直度的修正，磨料粉及抛光液直接喷射更容易进入到微纳缝隙结构中完成抛光提高侧壁光滑程度，减少了脊波导侧壁的散射损耗，磨料顺着旋转台回流到磨料槽中，并利用循环系统进行回收，可做到循环利用，解决了目前磨料只能一次使用造成的浪费。
3.根据权利要求1中所述的一种直喷式薄膜铌酸锂脊波导侧壁的抛光方法，其特征在于：此抛光系统也可以和传统的抛光流程一样，能够先进行粗磨，然后细磨和抛光，但是不仅仅限于这些，具体取决于磨料粉和抛光液的配比和增压泵给予的压力大小。利用高压技术将磨料粉和抛光液加压到一定压力，然后再通过内孔直径约为0.15-0.35mm的喷嘴(3)形成高速射流。
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