KR100290745B1 - Optical devices using organic/silica hybrid films and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기광학 특성을 가진 유기분자가 실리카 모체에 공유결합된 복합체 박막을 이용한 전기광학 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 복합체 박막은 솔-젤(sol-gel) 방법을 이용하여 저온에서 제작될 수 있으며, 전기광학 소자로서 광변조기를 제조할 경우, 광 도파로를 광표백법에 의해 제작하기 때문에 제조방법이 간단하다는 장점을 갖는다.The present invention relates to an electro-optical device using a composite thin film in which organic molecules having electro-optic properties are covalently bonded to a silica matrix, and a method of manufacturing the same. The composite thin film of the present invention can be produced at a low temperature using a sol-gel method, and when the optical modulator is manufactured as an electro-optical device, the optical waveguide is manufactured by the optical bleaching method, so the manufacturing method is simple. Has the advantage.

Description

유기분자-실리카 복합체 박막을 이용한 전기광학 소자 및 그 제조방법{OPTICAL DEVICES USING ORGANIC/SILICA HYBRID FILMS AND FABRICATION METHOD THEREOF}Electro-optical device using organic-molecule-silica composite thin film and its manufacturing method {OPTICAL DEVICES USING ORGANIC / SILICA HYBRID FILMS AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 전기광학 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기광학 무기폴리머의 일종인 유기분자-실리카 복합체 박막을 이용한 전기광학 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electro-optical device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electro-optical device using a thin film of an organic molecule-silica composite, which is a kind of an electro-optic inorganic polymer, and a method of manufacturing the same.

지금까지 전기광학 광변조기는 리튬 니오베이트(LiNbO3) 등과 같은 무기결정을 이용하여 제조되었다. 그러나, 이러한 무기결정으로는 전기신호와 빛 사이의 위상속도 부정합으로 인하여 변조 대역폭이 수십 ㎓가 넘는 소자를 제조하기가 극히 어려웠다.Electro-optic optical modulators have been manufactured using inorganic crystals such as lithium niobate (LiNbO 3 ). However, with such inorganic crystals, it was extremely difficult to fabricate a device with a modulation bandwidth of several tens of kHz due to the phase velocity mismatch between the electrical signal and light.

반면, 극성배향 폴리머는 유전율이 매우 작아 이러한 무기결정의 단점을 극복할 수 있기 때문에, 이를 이용해 이론적으로 수백 ㎓의 변조대역폭을 가지는 전기광학 소자를 제조하는 것이 가능하다. 또한, 극성배향 폴리머는 전기광학 계수값이 크고, 집적 광회로 응용에 적합하며, 광변조기의 제조공정을 간단하게 해주며, 원료비가 저렴하다는 여러 장점을 가지고 있어 활발한 연구가 행해져 왔다. 지금까지, 비선형 광학 유기분자의 일종인 DANS(dialkylaminonitrostilbene)계가 측사슬로 이루어진 PMMA(polymethylmethacrylate) 폴리머를 이용하여 40㎓의 동작속도를 갖는 마하-젠더(Mach-Zehnder) 광변조기가 발표되었으며, 1997년 미국의 돌턴(Dalton) 그룹은 110㎓ 이상의 동작속도가 가능함을 실험을 통해 보여준 바가 있다.On the other hand, since the polar orientation polymer has a very low dielectric constant and can overcome the disadvantages of such inorganic crystals, it is possible to theoretically manufacture an electro-optical device having a modulation bandwidth of several hundred kHz. In addition, the polar alignment polymer has a number of advantages, such as large electro-optic coefficient value, suitable for integrated optical circuit application, simplify the manufacturing process of the optical modulator, and low raw material cost, has been actively studied. Until now, Mach-Zehnder optical modulators with 40 kW operating speeds were announced using PMMA (polymethylmethacrylate) polymers having a side chain of dialkylaminonitrostilbene (DANS), a nonlinear optical organic molecule. The Dalton Group of the United States has shown through experiments that operating speeds of 110 GHz or more are possible.

그러나, 극성배향 폴리머를 이용하여 광소자를 제조하는 경우, 극성배향 폴리머의 전기광학 계수값이 시간의 경과, 고온에 따라 점차 감소하는 등 시간적 안정성 및 열적 안정성에서 문제점을 나타내었으며, 이 극성배향 폴리머가 무기결정에 비해 큰 광전송손실을 보이기 때문에 광소자제조에 큰 장애가 되어왔다. 이의 상용화를 위해서는 폴리머의 전기광학 계수값이 광리쏘그래피(photo-lithography)에 필요한 온도인 125℃까지 안정되게 유지되어야 할 뿐 아니라, 상온에서는 수년간 그 크기가 감소하지 않고 일정하게 유지시켜야 하는 선결과제의 해결이 요구되었다.However, when the optical device is manufactured using the polar alignment polymer, the electro-optic coefficient value of the polar alignment polymer decreases with time and high temperature, indicating a problem in time stability and thermal stability. It has been a major obstacle to the manufacture of optical devices because it shows a large optical transmission loss compared to inorganic crystals. In order to commercialize this, the electro-optic coefficient of the polymer must not only be stably maintained at 125 ° C., which is required for photo-lithography, but also at room temperature for several years. A solution was required.

또한, 종래기술에 의해 광변조기를 제조할 경우, 광도파로 부분을 식각(etching)공정, 예컨대 반응성 이온식각(reactive ion etching)공정으로 제조하였기 때문에 공정이 복잡하다는 문제점도 있었다.In addition, when the optical modulator is manufactured according to the related art, the optical waveguide part is manufactured by an etching process, for example, a reactive ion etching process.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는 광투과도가 뛰어날 뿐 아니라 전기광학 계수값이 열적, 시간적으로 안정된 전기광학 소자를 제공하는 데 있다.Accordingly, the technical problem of the present invention is to provide an electro-optical device that is excellent in light transmittance and whose electro-optic coefficient value is thermally and temporally stable.

본 발명의 다른 기술적 과제는 보다 단순화된 공정으로 전기광학 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide a method for manufacturing an electro-optical device in a more simplified process.

도1a는 본 발명의 일실시예에 따른 마하-젠더 광변조기의 개략적인 구성을 나타낸 평면도,Figure 1a is a plan view showing a schematic configuration of a Mach-gender optical modulator according to an embodiment of the present invention,

도1b는 도1a의 Z-Z'선에 따른 마하-젠더 광변조기의 측단면도,FIG. 1B is a side cross-sectional view of the Mach-Gender optical modulator along line Z-Z 'of FIG. 1A;

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 마하-젠더 광변조기 제조방법을 나타낸 흐름도,2 is a flow chart showing a Mach-gender optical modulator manufacturing method according to an embodiment of the present invention;

도3은 본 발명의 실시예에 사용되는 유기분자-실리카 복합체 코팅용액에 의해 만들어진 2차 비선형 유기/무기 혼성 고분자의 NMR 분광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing an NMR spectral spectrum of a secondary nonlinear organic / inorganic hybrid polymer prepared by an organic molecule-silica composite coating solution used in an embodiment of the present invention.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10 : 유기분자-실리카 복합체 박막10: organic molecule-silica composite thin film

11 : 광도파로 12 : 광표백 영역11: optical waveguide 12: photobleaching area

30 : 상부전극 40 : 기판30: upper electrode 40: substrate

50 : 하부전극 60 : 하부 클래딩층50: lower electrode 60: lower cladding layer

70 : 상부 클래딩층70: upper cladding layer

상기 기술적 과제들을 달성하기 위해 본 발명의 구성은 크게 다음과 같다.In order to achieve the above technical problem, the configuration of the present invention is largely as follows.

(a) 비선형 광학 유기물이 공유결합된 솔-젤용 단량체를 합성하고, 이것과 TEOS(tetraethoxysilane)를 여러 가지 조성비로 솔-젤 반응시켜 주사슬에 무기 고분자 매질, 예컨대 SiO2을 도입한 2차 비선형 광학 유기/무기 고분자재료의 제조와 이를 이용한 유기분자-실리카 복합체 코팅용액으로부터 형성된 유기분자-실리카 복합체 박막을 제조한 후 이를 전기광학 소자에 응용한다.(a) Synthesis of a sol-gel monomer covalently bonded to a non-linear optical organic material, and sol-gel reaction of this and tetraethoxysilane (TEOS) in various composition ratios to introduce a secondary non-linear type in which an inorganic polymer medium such as SiO 2 is introduced into the main chain. Preparation of an organic organic-inorganic polymer material and an organic molecule-silica composite thin film formed from the organic-silica composite coating solution using the same, and then applied to the electro-optical device.

이 복합체 박막은 모체가 실리카로 이루어져 있어 광 투과성이 뛰어날 뿐 아니라 열처리과정을 조절함으로써 전기광학계수의 열적, 시간적 안정성을 증가시켜 줄 수 있다.The composite thin film is composed of silica, which is excellent in light transmittance and can increase the thermal and temporal stability of the electro-optic coefficient by controlling the heat treatment process.

(b) 전기광학 소자에는 하부클래딩/유기분자-실리카 복합체 박막/상부클래딩의 3층 구조로 형성되는 마하-젠더 광소자가 포함된다. 이러한 광소자를 제조하기 위해, 유기분자-실리카 복합체 박막이 전기광학 효과를 갖도록 해주는 전기폴링공정과, 박막을 경화시키는 열처리공정, 그리고 광표백법을 이용하여 채널 도파로(channel waveguide)를 형성시키는 공정이 진행된다.(b) The electro-optical device includes a Mach-gender optical device formed of a three-layer structure of a lower cladding / organic molecule-silica composite thin film / upper cladding. In order to manufacture such an optical device, an electropolling process for making an organic-molecule-silica composite thin film have an electro-optic effect, a heat treatment process for curing the thin film, and a process for forming a channel waveguide using a photobleaching method are in progress. do.

전기폴링 공정에서는 먼저 온도를 박막의 유리전이 온도(glass transition temperature) 이상으로 올린 후, 전기장을 인가하여 유기분자의 쌍극자를 전기장 방향으로 정렬시킨다. 이 결과물을 일정 시간 고온에서 유지시킨 후, 전기장을 인가한 상태에서 상온으로 온도를 내리고 전기장을 제거한다. 이 때, 유기분자들은 인가된 전기장 방향으로 정렬된 상태로 실리카 모재 사이에 고정되게 된다. 폴링공정에서 중요한 공정 파라미터는 폴링온도, 폴링시간 및 인가전압이다. 인가전압을 증가시키면 이에 비례하여 전기광학 계수값이 커지게 되며 소자의 동작전압을 낮출 수 있다. 또한, 폴링온도와 시간을 변화시킴으로써 전기광학 계수의 열적 안정성을 조절할 수 있다. 일반적으로 높은 온도에서 장시간 폴링을 하게 되면 박막의 열적 안정성이 크게 증가한다. 그러나 높은 온도에서 폴링할 때 과전류가 흘러 박막을 손상시키고 유기분자의 정렬도를 오히려 떨어뜨릴 수 있으므로 원하는 열안정성과 전기광학 계수를 얻기 위해 이 세 요소를 적절히 조절하는 것이 매우 중요하다.In the electropolling process, the temperature is first raised above the glass transition temperature of the thin film, and then an electric field is applied to align dipoles of organic molecules in the direction of the electric field. After the resultant is maintained at a high temperature for a certain time, the temperature is lowered to room temperature while the electric field is applied, and the electric field is removed. At this time, the organic molecules are fixed between the silica base materials while being aligned in the direction of the applied electric field. Important process parameters in the polling process are polling temperature, polling time and applied voltage. Increasing the applied voltage increases the value of the electro-optic coefficient in proportion to this, and lowers the operating voltage of the device. In addition, the thermal stability of the electro-optic coefficient can be controlled by changing the polling temperature and time. In general, a long time polling at high temperature increases the thermal stability of the thin film. However, when polling at high temperatures, it is very important to properly adjust these three factors to obtain the desired thermal stability and electro-optic coefficients because overcurrent can damage the thin film and reduce the organic molecules.

전기광학 소자 중에 광변조기를 만들기 위해서는 단일모드 채널 도파로 구조가 필수적이다. 유기분자-실리카 복합체 박막은 강한 자외선을 조사할 때 박막의 굴절률이 근소하게 감소하는 광표백 현상을 나타낸다. 자외선 조사로 0.01 정도의 굴절률 변화를 쉽게 유도할 수 있으며 조사시간을 조절함으로써 굴절률을 정밀하게 변화시키는 것이 가능하다. 이러한 광표백 현상을 이용하여 채널 도파로를 만들 경우, 종래의 반응성 이온식각(reactive ion etching)을 이용하여 만들어진 립(rib) 도파로 또는 채널 도파로에 비해 광산란 손실을 줄일 수 있고 제작공정도 매우 간단해지게 된다.In order to make an optical modulator among electro-optical devices, a single mode channel waveguide structure is essential. The organic molecule-silica composite thin film exhibits a photobleaching phenomenon in which the refractive index of the thin film is slightly reduced when irradiated with strong ultraviolet rays. Ultraviolet irradiation can easily induce a change in refractive index of about 0.01, and it is possible to precisely change the refractive index by adjusting the irradiation time. When the channel waveguide is made using the photobleaching phenomenon, the light scattering loss can be reduced and the manufacturing process is much simpler than the rib waveguide or the channel waveguide made using the conventional reactive ion etching. .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

본 실시예에서는 구체적으로 마하-젠더 광변조기에 대해 설명한다.In this embodiment, the Mach-gender optical modulator will be described in detail.

[마하-젠더 광변조기의 제작][Production of Mach-Gender Light Modulator]

마하-젠더 광변조기는 기본적으로 빛을 두 부분으로 분리시키거나 분리된 두 빛을 합치는 Y-분기와, 전압을 인가하여 도파모드의 위상속도에 차이를 유발시키는 능동영역, 그리고 상기 빛의 입출력 영역으로 나눌 수 있다. 상기와 같은 마하-젠더 광변조기를 만들기 위해서는 단일모드 광도파로 구조가 필수적이다. 도 1a 및 1b에 나타낸 광도파로는 TM(Transverse Magnetic) 편광에 대해 단일 모드만 여기될 수 있도록 설계되어 있다. 이를 위해 도파로의 폭과 박막의 두께, 광표백 시간을 적절한 값으로 조절해야 한다.Mach-Gender optical modulator basically has a Y-branch that splits the light into two parts or combines the two lights, an active area that causes a difference in the phase velocity of the waveguide mode by applying a voltage, and the input and output of the light. Can be divided into areas. In order to make the Mach-gender optical modulator as described above, a single mode optical waveguide structure is essential. The optical waveguides shown in FIGS. 1A and 1B are designed so that only a single mode can be excited for TM (Transverse Magnetic) polarization. For this purpose, the width of the waveguide, the thickness of the thin film and the photobleaching time should be adjusted to appropriate values.

도1a는 본 발명의 일실시예에 따른 마하-젠더 광변조기의 개략적인 구성을 나타낸 평면도이다. 더욱 상세히 설명하면, 유기분자-실리카 복합체 박막층 그 자체에 형성된 광도파로 상에 상부전극이 위치하고 있는 개략적인 구성을 나타낸 평면도이다. 도1a를 참조하면, 소정의 공정이 진행된 기판 상에, 유기분자-실리카 복합체 박막층(10)이 형성되어 있다. 이 유기분자-실리카 복합체 박막층(10)에는 서로 다른 굴절률을 가지는 광도파로(11)와 광표백 영역(12)이 있다.Figure 1a is a plan view showing a schematic configuration of a Mach-gender optical modulator according to an embodiment of the present invention. In more detail, it is a plan view showing a schematic configuration in which the upper electrode is located on the optical waveguide formed in the organic molecule-silica composite thin film layer itself. Referring to FIG. 1A, an organic molecule-silica composite thin film layer 10 is formed on a substrate having a predetermined process. The organic molecule-silica composite thin film layer 10 includes an optical waveguide 11 and a photobleaching region 12 having different refractive indices.

또한, 광도파로(11)는 기판의 단부까지 연장되어 있으며, 이 기판은 광도파로(11)의 양단으로 광신호가 입출력할 수 있도록 벽개(cleaving)된 파단면을 형성하고 있다.In addition, the optical waveguide 11 extends to the end of the substrate, and the substrate forms a fracture surface cleaved to allow the optical signal to input and output at both ends of the optical waveguide 11.

이 광도파로(11)를 통과하는 광신호에 변조를 유도하기 위해 상기 능동영역에는 일정길이를 갖는 상부전극(30)이 분기된 광도파로(11) 상에 위치하고 있다.In order to induce modulation in the optical signal passing through the optical waveguide 11, the upper electrode 30 having a predetermined length in the active region is located on the branched optical waveguide 11.

도1b는 상기 도1a의 Z-Z'에 따른 마하-젠더 광변조기의 측단면도이다. 도1b를 참조하면, 실리콘 기판(40) 위에는 금속을 열증착하여 형성시킨 하부전극(50)이 형성되어 있고, 이 하부전극(50) 위에 적당한 폴리머를 스핀코팅하여 형성시킨 하부 클래딩층(60)이 형성되어 있다.FIG. 1B is a side cross-sectional view of the Mach-Gender optical modulator according to Z-Z ′ of FIG. 1A. Referring to FIG. 1B, a lower electrode 50 formed by thermally depositing a metal is formed on a silicon substrate 40, and a lower cladding layer 60 formed by spin coating a suitable polymer on the lower electrode 50. Is formed.

이 하부 클래딩층(60) 위에, 솔-젤 공정을 이용하여 폴리머 모체가 실리카로 이루어져 있고 여기에 전기광학 효과를 발하는 유기분자가 공유결합된 유기분자-실리카 복합체 박막층(10)이 형성되어 있다. 이 유기분자-실리카 복합체 박막층(10) 자체에 광도파로(11)가 형성되는데, 이 광도파로(11)를 제외한 부분에는 광표백효과에 의해 광도파로(11)와 서로 다른 굴절률을 가지는 광표백 영역(12)이 있다.On the lower cladding layer 60, an organic molecule-silica composite thin film layer 10 in which a polymer matrix is made of silica using a sol-gel process and covalently bonded with organic molecules that exert an electro-optic effect is formed. The optical waveguide 11 is formed in the organic molecule-silica composite thin film layer 10 itself, and the optical bleaching region 12 having a refractive index different from that of the optical waveguide 11 due to the photobleaching effect in portions except the optical waveguide 11. There is).

이 유기분자-실리카 복합체 박막층(10) 위에, 적당한 폴리머를 스핀코팅하여 형성시킨 상부 클래딩층(70)이 형성되어 있고, 그 위에 광도파로(11)의 상부에 위치하여 이를 통과하는 광신호에 변조를 유도하기 위해 형성시킨 상부전극(30)이 형성되어 있다. 상부전극(30)이 형성된 능동영역의 길이는 임의로 조절할 수 있다.On this organic molecule-silica composite thin film layer 10, an upper cladding layer 70 formed by spin coating a suitable polymer is formed thereon, which is located above the optical waveguide 11 and modulated to an optical signal passing therethrough. An upper electrode 30 formed to induce is formed. The length of the active region in which the upper electrode 30 is formed can be arbitrarily adjusted.

상기와 같이 구성된 마하-젠더 광변조기는 외부에서 가해진 전기신호를 광신호로 변화시키는 역할을 한다. 도1a에 도시된 바와 같이, 입력 영역인 좌측 파단면을 통해 광도파로(11)에 TM 편광시킨 광(레이저 빔)을 입사시키면, 상기 광은 Y-분기에서 두갈래로 나누어지고, 능동영역을 지난 후, 다시 Y-분기를 통해 합쳐져 출력단으로 나오게 되는 진행과정을 거친다. 이 때, 하부전극(50)은 접지시킨 상태이고, 두 개의 상부전극(30)중 한쪽에는 일정한 바이어스 전압이 인가된 상태를 유지한다.The Mach-gender optical modulator configured as described above converts an electric signal applied from the outside into an optical signal. As shown in Fig. 1A, when the TM polarized light (laser beam) is incident on the optical waveguide 11 through the left fractured surface, which is an input region, the light is divided into two branches at the Y-branch, and the active region is separated. Afterwards, it goes through the Y-branch and proceeds to the output stage. At this time, the lower electrode 50 is grounded, and a constant bias voltage is applied to one of the two upper electrodes 30.

여기에, 다른쪽 상부전극(30)에 입력 전기신호를 인가하면 전기광학 효과에 의해 진행하는 빛의 위상을 변화시키게 된다. 양쪽 광도파로(11)를 통과한 서로 다른 위상을 갖는 광은 간섭을 일으켜 위상이 변화되고, 이 위상변화는 빛의 강도변화로 바뀌게 된다. 그 결과는 출력 영역인 우측 파단면으로 출력된다. 이와 같이, 전기적 신호가 광신호로 변환되어 출력되고, 그 변형되어 출력되는 광신호를 분석하면 입력된 전기적 신호를 유추할 수 있다.In this case, when an input electric signal is applied to the other upper electrode 30, the phase of light traveling by the electro-optic effect is changed. Light having different phases passing through both optical waveguides 11 causes interference, and the phase is changed, and this phase change is changed to change in intensity of light. The result is output to the right fracture surface which is the output area. As such, when the electrical signal is converted into an optical signal and output, and the modified and output optical signal is analyzed, the input electrical signal may be inferred.

상기 출력신호가 켜진 온(ON)상태에서 꺼진 오프(OFF)상태로 변할 때까지 필요한 인가전압의 크기를 소자의 동작전압이라고 하는데, 이 동작전압의 크기는 능동영역의 길이와 전기광학 계수의 크기에 비례하며, 소자의 전체 두께에 반비례하게 된다. 본 발명에서 동작전압은 소자의 능동영역의 길이가 15㎜일 때 1.3㎛ 파장에서 13V로 측정되었다.The magnitude of the applied voltage required until the output signal is turned from an on state to an off state is called an operating voltage of the device. The magnitude of the operating voltage is the length of the active region and the magnitude of the electro-optic coefficient. Proportional to, and inversely proportional to the overall thickness of the device. In the present invention, the operating voltage was measured as 13V at 1.3㎛ wavelength when the active region of the device is 15mm in length.

상기와 같이 구성된 광변조기 제조방법을 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The optical modulator manufacturing method configured as described above will be described with reference to FIG.

본 실시예에서는, 기판 위에 상부 클래딩층/유기분자-실리카 복합체 박막층/하부 클래딩층의 3층 구조로 형성되는 마하-젠더 광변조기를 제조하는 공정뿐만 아니라, 솔-젤 공정을 통하여 유기분자-실리카 복합체 코팅용액을 합성하는 과정도 포함하여 설명한다.In the present embodiment, the organic-molecule-silica may be manufactured through a sol-gel process as well as a process of manufacturing a Mach-gender optical modulator formed of a three-layer structure of an upper cladding layer / organic molecular-silica composite thin film layer / lower cladding layer on a substrate. It also includes a process of synthesizing the composite coating solution.

먼저, 실리콘 기판 상에 금속을 열증착시켜 하부전극을 형성시킨다(S1).First, a bottom electrode is formed by thermally depositing a metal on a silicon substrate (S1).

이 하부전극 상에, 하부 클래딩층을 형성시킨다(S2). 이 때, 하부 클래딩층은 폴리머를 스핀코팅하여 형성시킨다.On the lower electrode, a lower cladding layer is formed (S2). At this time, the lower cladding layer is formed by spin coating a polymer.

이 하부 클래딩층 상에, 유기분자-실리카 복합체 박막층을 형성시킨다(S3).On this lower cladding layer, an organic molecule-silica composite thin film layer is formed (S3).

이 유기분자-실리카 복합체 박막층 상에, 다시 폴리머를 스핀코팅하여 상부클래딩층을 형성(S4)하고, 세 개의 층으로 구성된 박막을 열판 위에서 열처리하여 박막 내부의 용매를 제거하고 유기분자-실리카 복합체 박막층에 약간의 경화가 일어나도록 한다(S5). 이러한 열처리 공정은 전기폴링을 위한 전 단계로서, 이를 거치지 않을 경우 전계폴링시 많은 전류가 흘러 박막이 손상되므로 반드시 열처리를 수행한다. 이 때, 열처리는 160∼200℃에서 20∼30분간 진행하는 것이 좋다.On this organic molecule-silica composite thin film layer, spin coating the polymer again to form an upper cladding layer (S4), and heat-treat the thin film composed of three layers on a hot plate to remove the solvent inside the thin film and the organic molecular-silica composite thin film layer Some hardening is to occur (S5). This heat treatment process is a preliminary step for electric polling. If this is not done, a large amount of current flows during electric field polling to damage the thin film. At this time, heat treatment is preferably performed at 160 to 200 ° C for 20 to 30 minutes.

그 다음, 제1 금속층을 형성시키고 이를 상기 기판의 단부까지 연장된 광도파로 형태로 패터닝(patterning)하여 광표백용 마스크를 제작한다(S6).Next, a first metal layer is formed and patterned into an optical waveguide extending to an end of the substrate to fabricate a photobleaching mask (S6).

이 광표백용 마스크가 제작된 결과물에 광을 조사하여 광표백효과를 이용함으로써 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층에 광도파로를 형성시킨다(S7).The optical waveguide is formed on the organic-molecule-silica composite thin film layer by irradiating light to the resultant on which the photobleaching mask is fabricated and utilizing the photobleaching effect (S7).

이 광도파로가 형성된 결과물 상에, 전기폴링을 위해 제2 금속층을 열증착하여 형성시킨다(S8).On the resultant waveguide formed thereon, a second metal layer is formed by thermal evaporation for electric polling (S8).

그 다음, 유기분자-실리카 복합체 박막층 내의 유기분자를 극성배향시킨다(S9). 이 극성배향을 효과적으로 수행하기 위해, 상기 제2 금속층이 형성된 결과물을 가열하면서, 상기 하부전극과 제2 금속층 사이에 직류전압을 인가하는 직류 전기폴링법을 사용하여 유기분자를 극성배향시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 직류 전기폴링법은 150∼200℃에서 1∼20시간 동안 수행하는 것이 적당하다.Then, the organic molecules in the organic molecule-silica composite thin film layer are polarized (S9). In order to effectively perform this polarization, it is preferable to polarize the organic molecules by using a direct current electropolling method which applies a DC voltage between the lower electrode and the second metal layer while heating the resultant on which the second metal layer is formed. . In addition, this DC electropolling method is suitably performed at 150-200 degreeC for 1 to 20 hours.

상기 폴링공정 후에, 제2 금속층을 화학적으로 식각하여 상부전극을 형성시킨다(S10). 이 상부전극의 형성단계 후에, 상기 도파로의 양단으로 광이 입출력할 수 있도록 상기 기판의 단부를 벽개시켜 파단면을 형성시킨다(S11).After the polling process, the second metal layer is chemically etched to form an upper electrode (S10). After the forming of the upper electrode, an end surface of the substrate is cleaved so that light can input and output to both ends of the waveguide (S11).

상기와 같은 제작 공정을 거친 마하-젠더 광변조기는 실리카를 폴리머를 모체로 사용함으로써 광투과도가 뛰어나며, 열처리를 통해 전기광학 효과의 열안정성을 증대시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 마하-젠더 광변조기 제작시 광표백 효과를 이용하여 광소자의 제작공정을 단순화시켰음을 알 수 있다.The Mach-gender optical modulator, which has undergone the manufacturing process as described above, has excellent light transmittance by using silica as a matrix and can increase the thermal stability of the electro-optic effect through heat treatment. In addition, it can be seen that the manufacturing process of the optical device is simplified by using the optical bleaching effect when manufacturing the Mach-gender optical modulator.

여기서는 마하-젠더 광변조기를 실시예로 설명하였으나, 다른 전기광학 소자도 유기분자-실리카 복합체 박막층을 형성한 후 전기폴링시켜 제작할 수도 있다.Here, the Mach-gender optical modulator has been described as an example, but other electro-optic devices may also be fabricated by forming an organic molecule-silica composite thin film layer followed by electropolling.

다음에 솔-젤 공정을 이용한 2차 비선형 광학 유기/무기 고분자 재료의 합성과, 이를 이용한 유기분자-실리카 복합체 박막의 제조에 대한 실시예에 대해 기술한다.Next, an embodiment of the synthesis of the secondary nonlinear optical organic / inorganic polymer material using the sol-gel process and the preparation of the organic molecular-silica composite thin film using the same will be described.

[2차 비선형 광학 유기물 DANS의 합성][Synthesis of Secondary Nonlinear Optical Organics DANS]

2차 비선형 광학 유기물 DANS의 합성은 다음 반응식 1과 같다.The synthesis of the secondary nonlinear optical organic compound DANS is shown in Scheme 1 below.

상기 화학반응은 아래의 6단계를 통하여 이루어진다.The chemical reaction is carried out through the following six steps.

(1) N,N-디(2-벤족시에틸)-아닐린의 합성(1) Synthesis of N, N-di (2-benzooxyethyl) -aniline

테트라히드로푸란(tetrahydrofuran; THF) 400mL에 아닐린-N,N-디에탄올(60g, 0.34mol)과 트리에틸아민(130mL)을 용해시킨 다음 벤조일 클로라이드(76.8mL, 0.68mol)를 0℃에서 적가시켰다. 이 반응물을 3시간동안 0℃에서 교반시키고 H2O(1L)에 붓는다. 침전물을 수집 후 메탄올에서 재결정하여 92%의 수득율로 녹는점이 72∼74℃인 N,N-디(2-벤족시에틸)-아닐린을 얻는다.Aniline-N, N-diethanol (60 g, 0.34 mol) and triethylamine (130 mL) were dissolved in 400 mL of tetrahydrofuran (THF), and benzoyl chloride (76.8 mL, 0.68 mol) was added dropwise at 0 ° C. . The reaction is stirred for 3 h at 0 ° C. and poured into H 2 O (1 L). The precipitate was collected and recrystallized in methanol to obtain N, N-di (2-benzoxyethyl) -aniline having a melting point of 72 to 74 ° C. at a yield of 92%.

(2) 4-[N,N-디(2-벤족시에틸)]벤잘디하이드의 합성(2) Synthesis of 4- [N, N-di (2-benzooxyethyl)] benzaldihydr

디메틸포름아미드(dimethylformamide; DMF) 80mL에 0℃에서 1시간동안 포스포러스 옥시클로라이드(24mL, 0.25mol)를 적가시키고 1시간동안 DMF(50mL) 속에 용해되어 있는 N,N-디(2-벤족시에틸)-아닐린(100g, 0.25mol)을 상온에서 1시간동안 적가후 12시간동안 90℃에서 교반하였다. 반응결과물을 얼음(300g)에 붓고 메틸 클로라이드를 이용하여 세 번 추출하였다. 그 후 용매를 제거후 메탄올에서 재결정하여 수득률 79%로 녹는점이 79∼100℃인 4-[N,N-디(2-벤족시에틸)]벤잘디하이드를 얻는다.Phosphorus oxychloride (24 mL, 0.25 mol) was added dropwise to 80 mL of dimethylformamide (DMF) at 0 ° C. for 1 hour and N, N-di (2-benzox) dissolved in DMF (50 mL) for 1 hour. Ethyl) -aniline (100 g, 0.25 mol) was added dropwise at room temperature for 1 hour and then stirred at 90 ° C for 12 hours. The reaction product was poured into ice (300 g) and extracted three times with methyl chloride. Thereafter, the solvent was removed and recrystallized in methanol to obtain 4- [N, N-di (2-benzoxaethyl)] benzaldihydr having a melting point of 79 to 100 ° C. at a yield of 79%.

(3) N-[4-N,N-(디-2-벤족시에틸아미노)-벤질리딘]아닐린의 합성(3) Synthesis of N- [4-N, N- (di-2-benzoxyethylamino) -benzylidene] aniline

D.S.t(Dean Stark trap)을 설치한 플라스크에 톨루엔(600mL)과 4-[N,N-디(2-벤족시에틸)]벤잘디하이드(100g, 0.24mol)를 첨가후, 모든 알데히드기가 녹을 때까지 60℃까지 서서히 승온시킨다. 여기에 아닐린(23.4mL, 0.25mol)을 첨가하고 환류시키면서 D.S.t에 더 이상의 수분이 형성되지 않으면 혼합물을 냉각시키고 헥산(600mL)을 첨가시킨다. 형성된 침전물을 수집·건조하여 수득률 87%로 녹는점이 118℃인 N-[4-N,N-(디-2-벤족시에틸아미노)-벤질리딘]아닐린을 얻는다.When toluene (600 mL) and 4- [N, N-di (2-benzooxyethyl)] benzaldihydride (100 g, 0.24 mol) are added to a flask equipped with a DSt (Dean Stark trap) and all aldehyde groups are dissolved. The temperature is gradually raised to 60 ° C. To this is added aniline (23.4 mL, 0.25 mol) and refluxing, if no further water is formed in D.S.t, the mixture is cooled and hexane (600 mL) is added. The formed precipitate is collected and dried to obtain N- [4-N, N- (di-2-benzoxyethylamino) -benzylidene] aniline having a melting point of 118 占 폚 with a yield of 87%.

(4) N-[N,N-디-(2-벤족시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤의 합성(4) Synthesis of N- [N, N-di- (2-benzooxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene

톨루엔(800mL)에 N-[4-N,N-(디-2-벤족시에틸아미노)-벤질리딘]아닐린(115g, 0.23mol)을 첨가하고, 50℃에서 30분동안 교반시킨다. 그 후 p-니트로페닐아세트산(50g, 0.28mol)을 서서히 첨가하고, 12시간동안 교반한다. 그 후 혼합물에 아세트산(30g, 0.5mol)을 천천히 적가시키고 2시간동안 환류시켜 이산화탄소를 제거한다. 반응이 완결되면 냉각시키고 용매를 감압제거한 후 메탄올(500mL)에 붓고 침전물을 수집·건조하여 수득률 73%로 녹는점이 126∼128℃인 N-[N,N-디-(2-벤족시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 얻는다.N- [4-N, N- (di-2-benzoxyethylamino) -benzylidene] aniline (115 g, 0.23 mol) is added to toluene (800 mL) and stirred at 50 ° C. for 30 minutes. Then p-nitrophenylacetic acid (50 g, 0.28 mol) is added slowly and stirred for 12 hours. Then acetic acid (30 g, 0.5 mol) was slowly added dropwise to the mixture and refluxed for 2 hours to remove carbon dioxide. After the reaction was completed, the mixture was cooled, the solvent was removed under reduced pressure, poured into methanol (500 mL), and the precipitate was collected and dried to obtain a yield of 73%. N- [N, N-di- (2-benzoxylethyl) having a melting point of 126 to 128 ° C. Amino] -4'-nitrostilbene is obtained.

(5) 4-[N,N-디-(2-히드록시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤의 합성(5) Synthesis of 4- [N, N-di- (2-hydroxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene

N-[N,N-디-(2-벤족시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤(54g, 0.1mol)을 THF(300 mL)에 용해시키고 에탄올(200mL)을 첨가하고 약간의 KOH 수용액을 첨가한 후 6시간동안 환류시킨다. 그 후 냉각시키고 침전물은 여과시켜 제거하고 여과액을 에탄올을 이용하여 재결정함으로써 수득률 60%로 녹는점이 184∼186℃인 4-[N,N-디-(2-히드록시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 얻는다.N- [N, N-di- (2-benzoxylethyl) amino] -4'-nitrostylbene (54 g, 0.1 mol) is dissolved in THF (300 mL), ethanol (200 mL) is added and a little KOH After addition of the aqueous solution, the mixture was refluxed for 6 hours. After cooling, the precipitate was filtered off and the filtrate was recrystallized with ethanol to yield 60% yield of 4- [N, N-di- (2-hydroxyethyl) amino] -4 having a melting point of 184 to 186 캜. '-Get Nitrostilbene.

(6) 4-[N,N-디-(2-드리에톡시실란옥시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤의 합성(6) Synthesis of 4- [N, N-di- (2-driethoxysilaneoxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene

4-[N,N-디-(2-히드록시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤(0.82g, 2.5×10-3mol)을 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; 이하 ″DMAc″) 20mL에 용해시킨다. 이 용액에 3-이소시아나토프로필드리에톡시실레인(1.2g, 5×10-3mol)을 첨가하고 질소분위기 하에 110℃에서 환류를 인가하여 4-[N,N-디-(2-드리에톡시실란옥시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 얻는다. 이 물질은 솔-젤 공정의 모재(in-situ)로 사용된다.4- [N, N-di- (2-hydroxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene (0.82 g, 2.5 × 10 -3 mol) was added to 20 mL of dimethylacetamide (″ DMAc ″). Dissolve. 3-isocyanatopropyldrieethoxysilane (1.2 g, 5 × 10 -3 mol) was added to this solution, and reflux was applied at 110 DEG C under a nitrogen atmosphere to give 4- [N, N-di- (2- Drieethoxysilaneoxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene is obtained. This material is used as the in-situ of the sol-gel process.

[2차 비선형 광학 유기/무기 고분자 재료의 합성][Synthesis of Secondary Nonlinear Optical Organic / Inorganic Polymeric Materials]

먼저, 솔-젤용 단량체와 솔-젤과정에 의한 2차 비선형 광학 유기/무기 고분자 재료의 합성 경로를 반응식 2에 나타내었다.First, the synthesis route of the second nonlinear optical organic / inorganic polymer material by the sol-gel monomer and the sol-gel process is shown in Scheme 2.

솔-젤 공정에 의한 중합과정은 다음과 같았다.The polymerization process by the sol-gel process was as follows.

2차 비선형 광학 유기물 DANS의 합성에서 얻어진 4-[N,N-디-(2-드리에톡시실란옥시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤에 TEOS와 과량의 산성용액(2N)을 첨가하여 중합 및 공중합하였다. 여기서 얻어진 용액을 3일동안 상온에서 교반하고 가수분해와 축중합반응을 시켜 점도가 증가된 용액을 얻었다. 축중합 후에 용액은 점도를 지닌 솔(sol) 용액이 된다. 이 솔 용액을 이용하여 기판에 스핀코팅법으로 쉽게 박막을 만들 수 있었으며, 이어지는 열경화 과정에 의해 매우 우수한 열적 안정성을 보이는 2차 비선형 유기/무기 혼성 고분자를 합성하였다.29Si-NMR 분광기로 비선형 광학특성을 함유한 트리에톡시실레인과 TEOS의 축중합반응을 관찰하면서 수행하였다. 도 3은 솔-젤 재료의29Si MAS(Magic Angle Spinning) NMR 분광 스펙트럼을 보여준다. T 종(species)은 단량체의 것이고 세 개의 산소기를 가진 실리콘을 의미한다. Q는 TEOS이고 네 개의 산소기를 가진 실리콘을 의미한다. 여기서 T는 트리히드록시(T0), 디히드록시(T1), 모노히드록시(T2) 및 논-히드록시(non-hydroxy; T3) 상태를 말한다. 또한, Q는 테트라히드록시(Q0), 트리히드록시(Q1), 디히드록시(Q2), 모노히드록시(Q3) 및 논-히드록시(non-hydroxy; Q4) 상태를 의미한다. 도 3을 참조하면, T1(49.5ppm), T2(56.6ppm), T3(65.1ppm)이고, Q1(81.0ppm), Q2(90.0ppm), Q3(99.4ppm)으로 관측되었다. 170℃에서 3시간동안 경화 후의 것을29Si-NMR 분광기를 이용하여 화학적 구조를 확인한 결과, T1, Q1및 Q2는 없고, T3과 Q4(109.2ppm)의 피이크만 볼 수 있었다. 이는 완전히 축중합이 되었다는 것을 의미한다. UV-비저블(visible) 분광기로부터 DANS 색소의 최대 흡수파장(λmax) 흡수영역이 450㎚에서 나타났다. 또한 극성배향 후 및 열 경화반응 후의 흡수가 감소하였다. 이는 비선형 광학 색소분자들의 배향이 잘 이루어졌음을 보여주는 것이다. 합성된 고분자에 대해 X-선 회절실험을 행한 결과, X-선 회절폭이 넓고, Δ(2θ)/(2θ)값이 0.5보다 크게 나타나, 합성된 2차 비선형 유기/무기 혼성 고분자 재료가 비정질 형태의 고분자 재료임이 확인되었다.TEOS and excess acidic solution (2N) were added to 4- [N, N-di- (2-driethoxysilaneoxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene obtained in the synthesis of the secondary nonlinear optical organic DANS. By polymerization and copolymerization. The solution obtained here was stirred at room temperature for 3 days and subjected to hydrolysis and condensation polymerization to obtain a solution with increased viscosity. After condensation polymerization, the solution becomes a sol solution with viscosity. Using this sol solution, a thin film could be easily formed on the substrate by spin coating, and a second nonlinear organic / inorganic hybrid polymer having a very good thermal stability was synthesized by a subsequent heat curing process. 29 Si-NMR spectroscopy was performed while observing the polycondensation reaction of triethoxysilane and TEOS containing nonlinear optical properties. 3 shows the 29 Si Magic Angle Spinning (MR) NMR spectral spectrum of the sol-gel material. T species is monomeric and means silicon with three oxygen groups. Q is TEOS and means silicon with four oxygen groups. Where T refers to trihydroxy (T 0 ), dihydroxy (T 1 ), monohydroxy (T 2 ) and non-hydroxy (T 3 ) states. In addition, Q represents tetrahydroxy (Q 0 ), trihydroxy (Q 1 ), dihydroxy (Q 2 ), monohydroxy (Q 3 ) and non-hydroxy (Q 4 ) states. it means. Referring to Figure 3, T 1 (49.5ppm), T 2 (56.6ppm), T 3 (65.1ppm), and observed as Q 1 (81.0ppm), Q 2 (90.0ppm), Q 3 (99.4ppm) It became. After curing for 3 hours at 170 ℃ using a 29 Si-NMR spectroscopy to confirm the chemical structure, there was no T 1 , Q 1 and Q 2 , only peaks of T 3 and Q 4 (109.2 ppm) could be seen. This means that it is fully polycondensed. The maximum absorption wavelength (λ max ) absorption region of the DANS dye from the UV-visible spectrometer was found at 450 nm. In addition, the absorption after the polar orientation and the thermal curing reaction decreased. This shows that the alignment of nonlinear optical pigment molecules is well achieved. As a result of X-ray diffraction experiment on the synthesized polymer, the X-ray diffraction width was wide and the Δ (2θ) / (2θ) value was larger than 0.5, indicating that the synthesized secondary nonlinear organic / inorganic hybrid polymer material was amorphous. It was found to be a polymeric material in the form.

[솔-젤 공정을 사용한 유기분자-실리카 복합체 박막의 제작과 극성배향][Production and Polarization of Organic Molecule-Silica Composite Thin Films by Sol-Gel Process]

위의 2차 비선형 광학 유기/무기 고분자 재료의 합성과정에서 얻어진 용액을 상온으로 냉각시킨 후 HCl 수용액을 첨가하고, 상온에서 계속 교반시켜 주면 솔-젤 반응이 진행되어 서서히 용액의 점도가 증가하게 된다. 시간이 경과하여 용액의 점도가 적당한 정도에 도달하면 막(membrane) 필터로 여과시킨 후 스핀코팅법으로 기판 위에 박막을 만든다.After cooling the solution obtained in the synthesis process of the above-mentioned second nonlinear optical organic / inorganic polymer material to room temperature, adding HCl aqueous solution and continuously stirring at room temperature, the sol-gel reaction proceeds and the viscosity of the solution gradually increases. . After the passage of time, the viscosity of the solution reaches an appropriate level. The filter is filtered through a membrane filter and a thin film is formed on the substrate by spin coating.

스핀코팅 후 박막을 열처리하여 박막 내부의 용매를 증발시키고, 박막에 약간의 경화가 일어나게 하는데, 이러한 열처리 공정을 거치지 않을 경우, 전계폴링시 심한 전류가 흘러 박막이 손상되므로 반드시 열처리를 해주어야 한다.After spin coating, the thin film is heat-treated to evaporate the solvent in the thin film, and a slight hardening occurs in the thin film. If the heat-treating process is not carried out, a severe current flows during electric field polling and the thin film is damaged.

본 발명에 의해 발생하는 기술적 효과는 다음과 같다. 가까운 미래에 고속으로 동작하는 광소자의 수요가 증가하고 이에 따라 폴리머를 이용한 광소자의 제작이 크게 각광을 받을 것이다. 그러나, 기존의 전기광학 폴리머의 경우, 전기광학 계수의 열적, 시간적 이완현상과 큰 광전송 손실이 실용화를 가로막는 큰 방해요인이 되어 왔다. 그러나, 본 발명에서 제안한 유기분자-실리카 복합체 박막을 이용한 광소자는, 유기분자-실리카 복합체 박막이 광투과도가 뛰어날 뿐만 아니라, 간단한 열처리 방법으로 소자의 열안정성을 향상시킬 수 있으므로, 고속으로 동작할 수 있다는 장점이 있다.The technical effects produced by the present invention are as follows. In the near future, the demand for optical devices that operate at high speed will increase, and accordingly, the fabrication of optical devices using polymers will be greatly highlighted. However, in the case of existing electro-optic polymers, thermal and temporal relaxation of the electro-optic coefficient and large optical transmission loss have been a major obstacle to the practical use. However, the optical device using the organic-molecule-silica composite thin film proposed in the present invention can operate at high speed because the organic-molecule-silica composite thin film not only has excellent light transmittance but also improves the thermal stability of the device by a simple heat treatment method. There is an advantage.

또한, 광소자 제작공정 중의 광도파로 형성시 광표백법을 사용함으로써 광소자 제작공정을 단순화시켰다는 장점도 있다.In addition, there is an advantage that the optical device fabrication process is simplified by using the optical bleaching method in forming the optical waveguide during the optical device fabrication process.

Claims (13)

기판과;A substrate; 상기 기판 상에 형성된 하부전극과;A lower electrode formed on the substrate; 상기 하부전극 상에 형성된 하부 클래딩층과;A lower cladding layer formed on the lower electrode; 상기 하부 클래딩층 상에, 전기폴링에 의해 전기광학적 효과를 가짐으로써 광도파로를 이루도록 형성된 유기분자-실리카 복합체 박막층과;An organic molecule-silica composite thin film layer formed on the lower cladding layer to form an optical waveguide by having an electro-optic effect by electropolling; 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층 상에 형성된 상부 클래딩층과;An upper cladding layer formed on the organic molecule-silica composite thin film layer; 상기 광도파로의 상부에 형성된 상부전극을 구비하는 전기광학 소자.And an upper electrode formed on the optical waveguide. 제1항에 있어서, 상기 상부전극이 상기 광도파로를 통과하는 광신호에 변조를 유도함으로써 광변조기 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기광학소자.The electro-optical device according to claim 1, wherein the upper electrode serves as an optical modulator by inducing modulation to an optical signal passing through the optical waveguide. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층은, N,N'-디메틸포름아미드 용매하에서 두 개의 히드록시 그룹을 포함하는 2차 비선형 유기분자와 3-이소시아나토프로필 트리에톡시실레인과의 반응에 의해 우레탄 결합된 다음 화학식의 솔젤 단량체를 중간체로 이용하는 코팅액으로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 전기광학 소자.The organic non-silicon composite thin film layer according to claim 1 or 2, wherein the organic non-silicon composite thin film layer is a secondary nonlinear organic molecule and 3-isocyanatopropyl tree containing two hydroxy groups in an N, N'-dimethylformamide solvent. An electro-optical device comprising a urethane bond by reaction with ethoxysilane and then made from a coating solution using a sol-gel monomer of the formula as an intermediate. 제3항에 있어서, 상기 2차 비선형 유기분자물질은:The method of claim 3, wherein the secondary nonlinear organic molecular material is: (1) 테트라히드로푸란에 아닐린-N,N-디에탄올과 트리에틸라민을 용해시킨 다음 벤조일 클로라이드를 적가시킨 반응물을 교반시키고 H2O에 첨가한 다음 생긴 침전물을 메탄올에서 재결정하여 N,N-디(2-벤족시에틸)-아닐린을 얻는 단계와;(1) After dissolving aniline-N, N-diethanol and triethylamine in tetrahydrofuran, the reaction mixture was added dropwise with benzoyl chloride, stirred, added to H 2 O, and the resulting precipitate was recrystallized in methanol to give N, N- Obtaining di (2-benzoxyethyl) -aniline; (2) DMF에 포스포러스 옥시클로라이드를 적가시키고, DMF 속에 용해되어 있는 상기 N,N-디(2-벤족시에틸)-아닐린을 적가 후 교반하고, 그 반응결과물을 얼음에 붓고 메틸 클로라이드를 이용하여 추출한 후 용매를 제고하고 메탄올에서 재결정함으로써 4-[N,N-디(2-벤족시에틸)]벤잘디하이드를 얻는 단계와;(2) Add dropwise phosphorus oxychloride to DMF, add N, N-di (2-benzooxyethyl) -aniline dissolved in DMF dropwise and stir, and pour the reaction result on ice and use methyl chloride Extracting to remove the solvent and recrystallization from methanol to obtain 4- [N, N-di (2-benzooxyethyl)] benzaldihydr; (3) D.S.t을 설치한 플라스크에 톨루엔과 상기 4-[N,N-디(2-벤족시에틸)]벤잘디하이드를 첨가하고 모든 알데히드기가 녹을 때까지 승온시킨 후, 아닐린을 첨가하고 환류시키면서 D.S.t에 더 이상의 수분이 형성되지 않으면 혼합물을 냉각시키고 헥산을 첨가하여 형성된 침전물을 수집·건조하여 N-[4-N,N-(디-2-벤족시에틸아미노)-벤질리딘]아닐린을 얻는 단계와;(3) Toluene and 4- [N, N-di (2-benzoxylethyl)] benzaldihydride were added to the flask equipped with DSt, and the temperature was raised until all aldehyde groups were dissolved. Then, aniline was added and refluxed. If no more water is formed in the DSt, the mixture is cooled and hexane is added to collect and dry the formed precipitate to obtain N- [4-N, N- (di-2-benzoxyethylamino) -benzylidine] aniline. Steps; (4) 톨루엔에 상기 N-[4-N,N-(디-2-벤족시에틸아미노)-벤질리딘]아닐린을 첨가하여 교반한 후 p-니트로페닐아세트산을 첨가한 후 교반하고, 그 혼합물에 아세트산을 적가하여 반응시킨 다음 용매를 제거한 후 메탄올에 붓고 침전물을 수집·건조하여 N-[N,N-디-(2-벤족시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 얻는 단계와;(4) The above-mentioned N- [4-N, N- (di-2-benzoxyethylamino) -benzylidene] aniline was added to toluene, followed by stirring, followed by addition of p-nitrophenylacetic acid, followed by stirring. The reaction was carried out by dropwise adding acetic acid, and then the solvent was removed, poured into methanol, and the precipitate was collected and dried to obtain N- [N, N-di- (2-benzooxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene; ; (5) 상기 N-[N,N-디-(2-벤족시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 THF에 용해시키고 에탄올 및 KOH 수용액을 첨가하고, 그 반응 침전물을 여과시켜 제거한 후 여과액을 에탄올을 이용하여 재결정함으로써 4-[N,N-디-(2-히드록시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 얻는 단계와;(5) The above N- [N, N-di- (2-benzoxylethyl) amino] -4'-nitrostilbene was dissolved in THF, ethanol and KOH aqueous solution were added, and the reaction precipitate was filtered off. Recrystallizing the filtrate with ethanol to obtain 4- [N, N-di- (2-hydroxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene; (6) 상기 4-[N,N-디-(2-히드록시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 DMAc에 용해시키고 이 용액에 3-이소시아나토프로필드리에톡시실레인을 첨가하고 질소분위기 하에서 환류를 인가하는 단계를 순차로 거쳐,(6) The above 4- [N, N-di- (2-hydroxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene was dissolved in DMAc and 3-isocyanatopropyldriethoxysilane was added to this solution. And sequentially applying reflux under a nitrogen atmosphere, 4-[N,N-디-(2-드리에톡시실란옥시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤을 합성하는 과정을 통해 얻어지는 DANS계의 비선형 광학 유기물임을 특징으로 하는 전기광학 소자.An electro-optical device, characterized in that it is a DANS-based nonlinear optical organic material obtained by synthesizing 4- [N, N-di- (2-diethoxysilaneoxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene. 제3항에 있어서, 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층은,The method of claim 3, wherein the organic molecule-silica composite thin film layer, 상기 솔젤 단량체와 TEOS를 솔-젤 반응시켜 주사슬에 무기 고분자 매질 SiO2를 도입한 다음 화학식의 2차 비선형 유기-실리카 고분자재료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기광학 소자.The sol-gel monomer and TEOS sol-gel reaction to introduce an inorganic polymer medium SiO 2 to the main chain and then formed using a second non-linear organic-silica polymer of the formula. 제5항에 있어서, 상기 고분자재료는:The method of claim 5, wherein the polymer material is: 상기 4-[N,N-디-(2-드리에톡시실란옥시에틸)아미노]-4'-니트로스틸벤에 TEOS와 산성용액을 첨가하여 중합 및 공중합시킨 용액을 얻는 단계와;Adding TEOS and an acidic solution to the 4- [N, N-di- (2-diethoxysilaneoxyethyl) amino] -4'-nitrostilbene to obtain a solution polymerized and copolymerized; 상기 용액을 교반하여 가수분해와 축중합반응시켜 솔용액을 얻는 단계를 통해 만들어지는 것을 특징으로 하는 전기광학 소자.Electro-optic device, characterized in that it is made through the step of obtaining a sol solution by stirring and hydrolysis and condensation polymerization of the solution. 유기분자-실리카 복합체 박막층을 형성하는 단계와;Forming an organic molecule-silica composite thin film layer; 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층을 열처리하여 경화시키는 단계와;Hardening the organic molecule-silica composite thin film layer by heat treatment; 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층이 전기광학적 효과를 갖도록 전기폴링하는 단계를 포함하는 전기광학 소자의 제조방법.Electropolling the organic molecule-silica composite thin film layer to have an electro-optic effect. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층의 형성은:Formation of the organic molecule-silica composite thin film layer is: 기판 상에 금속을 증착시켜 하부전극을 형성하는 단계와;Depositing a metal on the substrate to form a lower electrode; 상기 하부전극 상에 하부 클래딩층을 형성하는 단계를 거친 후에 이루어지며,After the step of forming a lower cladding layer on the lower electrode, 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층의 열처리는:The heat treatment of the organic molecule-silica composite thin film layer is: 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층 상에 상부 클래딩층을 형성하는 단계를 더 거친 후에 진행되며,After the further step of forming an upper cladding layer on the organic molecule-silica composite thin film layer, 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층에 대한 전기폴링은:The electropolling of the organic molecule-silica composite thin film layer is: 상기 상부 클래딩층 상에 제1 금속층을 형성하고, 이를 상기 기판의 단부까지 연장된 광도파로 형태로 패터닝하여 광표백용 마스크를 형성하는 단계와;Forming a first metal layer on the upper cladding layer, and patterning the first metal layer into an optical waveguide extending to an end of the substrate to form a photobleaching mask; 상기 광표백용 마스크가 형성된 결과물에 광을 조사하여 광표백효과를 이용함으로써 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층에 광도파로를 형성하는 단계와;Forming an optical waveguide on the organic molecule-silica composite thin film layer by using light bleaching effect by irradiating light to the resultant on which the photobleaching mask is formed; 상기 광도파로가 형성된 결과물 상에 제2 금속층을 형성하는 단계를 차례로 거친 후에 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층 내의 유기분자를 극성배향하기 위해 이루어지며,After the step of forming the second metal layer on the resultant waveguide is formed in order to polarize the organic molecules in the organic molecule-silica composite thin film layer, 상기 전기폴링단계 후에, 상기 제2 금속층을 식각하여 상부전극을 형성하는 단계를 더 구비하여 광변조기를 제조하는 것을 특징으로 하는 전기광학 소자의 제조방법.And after the electropolling step, forming an upper electrode by etching the second metal layer to manufacture an optical modulator. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전기폴링을 진행할 때 조절하여 최적화하는 공정 파라미터는 폴링온도 및 폴링시간인 것을 특징으로 하는 전기광학 소자의 제조방법.The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 7 or 8, wherein the process parameters to be adjusted and optimized during the electropolling are polling temperature and polling time. 제9항에 있어서, 상기 전기폴링단계는:The method of claim 9, wherein the electric polling step is: 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층에 직류전압을 인가하는 직류 전기폴링법인 것을 특징으로 하는 전기광학 소자의 제조방법.Method for producing an electro-optical device, characterized in that the direct current electropolling method for applying a direct current voltage to the organic molecule-silica composite thin film layer. 제10항에 있어서, 상기 직류 전기폴링법을 적용하기 전에 상기 유기분자-실리카 복합체 박막층을 경화시키기 위해 행해지는 열처리는 160∼200℃에서 20∼30분간 행해지는 것을 특징으로 하는 전기광학 소자의 제조방법.The method of claim 10, wherein the heat treatment performed to cure the organic molecule-silica composite thin film layer before applying the direct current electropolling method is performed for 20 to 30 minutes at 160 ~ 200 ℃. Way. 제10항에 있어서, 상기 직류 전기폴링법은 150∼200℃에서 1∼20시간 행해지는 것을 특징으로 하는 전기광학 소자의 제조방법.The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 10, wherein the direct current electropolling method is performed at 150 to 200 캜 for 1 to 20 hours. 제8항에 있어서, 상기 광표백효과를 이용하여 형성되는 광도파로는 단일모드 광도파로인 것을 특징으로 하는 전기광학 소자의 제조방법.The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 8, wherein the optical waveguide formed by using the optical bleaching effect is a single mode optical waveguide.
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