納米光波導器件製造科學問題及關鍵技術研究

《納米光波導器件製造科學問題及關鍵技術研究》是依託太原理工大學，由張文棟擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：納米光波導器件製造科學問題及關鍵技術研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張文棟
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

降低納米光波導表面粗糙度，製造超低損耗納米光波導，實現其高效片間光互連與片內光耦合，是集成光電子器件，特別是高靈敏探測器、生化感測器、光通訊等器件發展的關鍵，也是基礎微腔物理、腔量子電動力學、量子光學、非線性效應研究的重要基礎。本項目以集成納米光波導慣性器件製造為牽引，研究納米光波導表面自由能最低原理，提出且利用粗糙度為亞納米量級的矽基納米光波導表面H2退火拋光工藝，進而結合XeF2矽基襯底局部刻蝕懸空工藝，實現小於0.01 dB/cm超低損耗、Q參數優於10E6的CMOS矽基光波導環形諧振腔的製備；引入並最佳化垂直耦合光柵技術及加工工藝，實現晶片之間高效互聯，最終實現納米光波導陀螺最佳化結構並驗證其陀螺效應，為研發新型MOEMS陀螺慣性器件打下基礎。同時，項目還開展納米製造過程中應力測試與控制等方面研究，研究實現超低損耗光波導、高Q值納米光波導諧振腔的一體化集成製造方法。

結題摘要

低損耗高Q值Si基納米光波導諧振腔，是高靈敏探測器、生物感測器、光通訊器件等發展的關鍵。本項目研究了SOI材料在納米光波導器件製造過程中微米納米跨尺度製造和亞納米精度控制的科學問題。對光波導諧振腔進行了最佳化設計，通過理論分析與仿真模擬，建立了耦合間距與耦合係數、諧振深度的關係。研究了高能束法、高溫熱氧化法、矽氫鍵流密度法等方法的表面光滑化機理與工藝，獲得了亞納米精度的表面粗糙度，實現了超低損耗的CMOS矽基光波導環形諧振腔的製備，其Q值可達10^6。基於諧振腔搭建了陀螺效應驗證系統，驗證了陀螺效應，實測鎖頻精度達到30 kHz，零偏穩定性為39°/h，實現了陀螺系統模擬化集成和數位化集成，為研發新型MOEMS陀螺慣性器件打下了良好基礎。本項目共發表論文83篇，其中SCI 32篇，EI 29篇。申請發明專利31件，其中已授權16項。出版譯著1部。