隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,芯片元件越來越小,工藝特征尺寸越來越小,圖形的復(fù)雜程度也逐步提高。納米壓印技術(shù)以其具備低成本,高精度,高生產(chǎn)效率的巨大優(yōu)勢(shì),成為微納制造領(lǐng)域最受關(guān)注的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 本論文主要就納米壓印技術(shù)中聚合物變形和填充機(jī)理,以及在光電子芯片制作中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。主要的研究成果如下： (1)利用有限元算法對(duì)熱壓印中周期性圖形和跨尺度圖形聚合物的變形與填充。討論了在周期性圖形中,腔的填充度和聚合物厚度、壓強(qiáng)、占空比之間的關(guān)系：同時(shí)討論了在跨尺度圖形中,腔的填充度和小腔的特征尺寸、兩個(gè)腔之間的相對(duì)距離、填充腔高度之間的關(guān)系。 (2)利用軟模板的紫外納米壓印技術(shù)制作了InP襯底上的高精度衍射光柵,描述了制作過程中的關(guān)鍵工藝,包括高精度的光柵掩膜制作,刻蝕轉(zhuǎn)移光柵圖形到半導(dǎo)體襯底和刻蝕殘膠的去除。針對(duì)上述關(guān)鍵工藝中可能出現(xiàn)的問題,提出了改進(jìn)的方案,包括：針對(duì)軟模板容易變形的特性,提出了利用高壓強(qiáng)差進(jìn)行壓印的方法,在保證圖形完全填充的條件下減小了壓印圖形失真的風(fēng)險(xiǎn)；針對(duì)壓印模板中光柵圖形區(qū)區(qū)域性分布導(dǎo)致的光柵腐蝕不均勻性問題,設(shè)計(jì)增加陪襯圖形區(qū)的模板來提高腐蝕光柵的均勻性；針對(duì)刻蝕殘膠難以去除的問題,提出了利用多層掩膜的壓印去除刻蝕殘膠的方法。 (3)利用納米壓印技術(shù)制作了用于分布反饋激光器的復(fù)雜衍射光柵,激光器測(cè)試結(jié)果表明,激光器的閾值電流小于20mA,邊模抑制比在40dB以上,壽命滿足商用半導(dǎo)體激光器的壽命需求。從激光器出光光譜可以看出,激射波長位于布拉格阻帶中央,說明壓印制作的復(fù)雜光柵充分發(fā)揮了作用。 (4)制作了四通道多波長DFB陣列和1×4多模干涉耦合器單片集成器件,對(duì)制作中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行詳細(xì)描述,包括對(duì)接生長技術(shù)進(jìn)行無源/有源波導(dǎo)的對(duì)接耦合工藝,納米壓印技術(shù)制作多周期DFB光柵用以產(chǎn)生多波長的激射工藝,和利用多層掩膜和多次刻蝕的技術(shù)在無源/有源進(jìn)行深/淺波導(dǎo)的制作工藝。最后對(duì)制得的器件進(jìn)行了測(cè)試,器件平均閩值小于10mA,邊模抑制比大于40dB,波長調(diào)諧范圍大于10nm,出光功率大于0.2mW。測(cè)試結(jié)果表明該集成器件可以用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN405
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 下一代光刻技術(shù)
    1.3 納米壓印技術(shù)
    1.4 本論文的研究內(nèi)容
2 壓印過程聚合物變形機(jī)理分析
    2.1 引言
    2.2 熱壓印中周期性聚合物變形和填充的數(shù)值分析
    2.3 跨尺度圖形的仿真分析
    2.4 本章小結(jié)
3 納米壓印技術(shù)制作高精度衍射光柵的關(guān)鍵工藝分析
    3.1 引言
    3.2 高精度衍射光柵制作的關(guān)鍵工藝
    3.3 基于納米壓印工藝的高精度衍射光柵制作和關(guān)鍵工藝研究
    3.4 本章小結(jié)
4 納米壓印技術(shù)在DFB激光器中的應(yīng)用
    4.1 引言
    4.2 DFB激光器的原理
    4.3 納米壓印制作DFB激光器的工藝研究
    4.4 DFB激光器的性能測(cè)試
    4.5 本章小結(jié)
5 納米壓印技術(shù)在光子集成芯片中的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 光子集成器件的發(fā)展和應(yīng)用
    5.3 單片集成四通道DFB激光器陣列和4×1 MMI器件的制作和測(cè)試
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄

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