【摘要】：基于硅基光波導(dǎo)的平面光波電路(Planar Lightwave Circuits,PLC)技術(shù),因其在晶片批量生產(chǎn)中的先進(jìn)性,使其正在推動(dòng)功能部件的應(yīng)用以滿足工業(yè)增長(zhǎng)的需求。在本文中,研究了PLC技術(shù)中馬赫-澤德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)型2x2熱光開關(guān)器件的薄膜應(yīng)力特性和熱傳導(dǎo)特性及其對(duì)器件光學(xué)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(gòu)應(yīng)力,是傳統(tǒng)應(yīng)力理論中熱應(yīng)力和薄膜生長(zhǎng)應(yīng)力之外的應(yīng)力。通過對(duì)SiO_2薄膜沉積過程中的熱應(yīng)力、生長(zhǎng)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算獲得了剩余應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近,從而進(jìn)一步證明了所用理論模型之精確,同時(shí)在模擬過程中還發(fā)現(xiàn)基底的初始曲率對(duì)后期多層薄膜之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力有明顯的影響,進(jìn)而分析這些應(yīng)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(xué)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(duì)6英T硅晶片上的SiO_2薄膜應(yīng)力的變化情況和折射率的分布規(guī)律進(jìn)行研究和改進(jìn),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(shí)可提高薄膜均勻性并減小應(yīng)力。另外,利用MZI型2x2熱光開關(guān)器件研究其開關(guān)過程中的熱傳導(dǎo)特性,進(jìn)而對(duì)熱光開關(guān)功耗和速度進(jìn)行優(yōu)化。通過數(shù)值計(jì)算、光波傳輸方法軟件模擬、熱流傳導(dǎo)過程的COMSOL模擬和實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)了基于熱光效應(yīng)的MZI型光開關(guān)的開關(guān)功耗和開關(guān)速度與上包層厚度和熱流傳導(dǎo)過程有關(guān)。同時(shí),實(shí)驗(yàn)研究表明,薄膜的光折射率與應(yīng)力在晶片上的分布對(duì)器件光損耗與偏振相關(guān)損耗性能有明顯的影響。PLC集成器件的商業(yè)應(yīng)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(xué)性能和產(chǎn)品成品率是需要關(guān)注的重要問題。
【圖文】：

圖 2.1 MZI 型熱光開關(guān)器件結(jié)構(gòu)圖a)MZI 型熱光開關(guān)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(guān)中的一個(gè)波導(dǎo)進(jìn)行加熱，加熱器引起溫度變化的折射率調(diào)制，并進(jìn)一步引起光學(xué)相位變化，MZI義[55]：2( )armnT LTπφλ Δ = Δ 長(zhǎng)，，L是加熱電極的長(zhǎng)度， n / T 是光波導(dǎo)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(guān)系為：hhEQ qt =

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2694846