【摘要】：基于硅基光波導的平面光波電路(Planar Lightwave Circuits,PLC)技術,因其在晶片批量生產(chǎn)中的先進性,使其正在推動功能部件的應用以滿足工業(yè)增長的需求。在本文中,研究了PLC技術中馬赫-澤德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)型2x2熱光開關器件的薄膜應力特性和熱傳導特性及其對器件光學性能的影響。首先,利用理論模型和數(shù)值模擬研究所有膜層之間的相互作用,在6英T硅晶片上發(fā)現(xiàn)了非線性分布的結(jié)構應力,是傳統(tǒng)應力理論中熱應力和薄膜生長應力之外的應力。通過對SiO_2薄膜沉積過程中的熱應力、生長應力和結(jié)構應力進行數(shù)值計算獲得了剩余應力,發(fā)現(xiàn)與實驗結(jié)果更加接近,從而進一步證明了所用理論模型之精確,同時在模擬過程中還發(fā)現(xiàn)基底的初始曲率對后期多層薄膜之間的結(jié)構應力有明顯的影響,進而分析這些應力之間的平衡過程及其在晶片上的分布。利用等離子體化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD),分別從理論研究和鍍膜工藝上對6英T硅晶片上的SiO_2薄膜應力的變化情況和折射率的分布規(guī)律進行研究和改進,發(fā)現(xiàn)了薄膜芯層通過GeH_4流量而不是SiH_4流量改變折射率時可提高薄膜均勻性并減小應力。另外,利用MZI型2x2熱光開關器件研究其開關過程中的熱傳導特性,進而對熱光開關功耗和速度進行優(yōu)化。通過數(shù)值計算、光波傳輸方法軟件模擬、熱流傳導過程的COMSOL模擬和實驗研究,發(fā)現(xiàn)了基于熱光效應的MZI型光開關的開關功耗和開關速度與上包層厚度和熱流傳導過程有關。同時,實驗研究表明,薄膜的光折射率與應力在晶片上的分布對器件光損耗與偏振相關損耗性能有明顯的影響。PLC集成器件的商業(yè)應用需要在產(chǎn)品研發(fā)中獲得均勻的性能分布和批量生產(chǎn)中獲得高良品率,因此穩(wěn)定的光學性能和產(chǎn)品成品率是需要關注的重要問題。
【圖文】：

圖 2.1 MZI 型熱光開關器件結(jié)構圖a)MZI 型熱光開關俯視圖 b)熱光調(diào)制部分的器件截面制效果的理論模型開關中的一個波導進行加熱，加熱器引起溫度變化的折射率調(diào)制，并進一步引起光學相位變化，MZI義[55]：2( )armnT LTπφλ Δ = Δ 長，，L是加熱電極的長度， n / T 是光波導材料的系數(shù)值是5n / T 1.08 10 /K = × ， ΔT 是 MZI 的兩位：J/s m3]和hQ [單位：J/m3]分別表示系統(tǒng)的能量密流量矢量q [單位：W/m2]的關系為：hhEQ qt =

max minh hh hC TQTρ tρ = + Δ ZI 型波導器件的熱光相位調(diào)制特性相結(jié)合，以建立器間的關系。論模型，hW 和hL 分別是加熱器的長和寬，所以其面積值由h S g僅有幾十個微米，這樣短的熱傳輸距離可以認為熱量線性的，即dTdx=常數(shù)。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN256

【參考文獻】

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1 孫靜雯;孫健;王艷雙;曲祿成;王希斌;王菲;張大明;;低功耗聚合物MZI結(jié)構熱光開關研究[J];中國激光;2015年07期

2 查英;孫德貴;劉鐵根;張鷹;李小奇;;基于Banyan網(wǎng)絡的無阻塞SiO_2波導4×4矩陣光開關[J];光電子.激光;2007年08期

3 潘永強;;射頻等離子體增強化學氣相沉積SiN_x薄膜的研究[J];光子學報;2007年06期

4 申雁鳴;賀洪波;邵淑英;范正修;;沉積溫度對電子束蒸發(fā)HfO_2薄膜殘余應力的影響[J];中國激光;2006年06期

5 邵淑英,田光磊,范正修,邵建達;沉積參量及時效時間對SiO_2薄膜殘余應力的影響[J];光學學報;2005年01期

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1 馮航;微光子集成芯片的關鍵工藝研究[D];長春理工大學;2014年

2 毛岸;高速硅基Mach-Zehnder調(diào)制器設計與模擬[D];華中科技大學;2008年

本文編號：2694846