[发明专利]一种制备脊形聚合物光波导的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物光波导制作技术领域，特别是涉及一种制备脊形聚合物光波导的方法，该方法是一种直接利用光刻技术的脊形聚合物光波导的制作方法。

背景技术

传统的光波导材料主要是硅、二氧化硅、化合物半导体等无机材料。基于这些材料制作的光波导器件具有光学性能稳定、低损耗等特点，但其制备需要昂贵的大型设备且制备工艺过程复杂、成本高。聚合物材料在过去的几十年里由于其在光电及电光器件方面的巨大潜在应用而引起人们极大兴趣。聚合物具有质量轻、厚度薄、机械力学性能好、能耗低等性能,并成为制备轻便的光学、光电子器件的重要基体材料。聚合物材料在可见光到近红外光范围内保持透明,同时又具有制备方法简单、常温下即可制备的特点。

与传统掩埋型聚合物波导相比，脊形光波导具有可以通过调节脊高和脊宽实现单模条件，降低波导制作难度，同时可以减小与单模光纤耦合时产生的损耗等优点。传统掩埋型聚合物波导可以通过直写【200810092900.8 一种制备聚合物光波导的方法】等方案制作，而对于脊形波导来讲，无法通过单步直写完成，通常需要采用干法刻蚀【聚合物光波导的等离子体刻蚀工艺研究 光子学报 40(S1), 2011】或者利用在基底刻槽来实现【200410053794.4 基于硅衬底的聚合物光波导器件的制作方法】，整个制作过程复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备脊形聚合物光波导的方法，该方法直接利用光刻技术，无需其他复杂工艺制备脊形聚合物光波导。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1.采用等离子体增强型化学气相沉积在硅衬底上生长6～8μm的二氧化硅作为波导下包层。 

步骤2.利用旋涂工艺获得聚合物薄膜，调整旋涂转速控制聚合物薄膜的厚度；

步骤3.利用光刻工艺对整个聚合物薄膜进行空曝光，通过交联反应固化形成的脊形波导平板层。

所述的脊形波导平板层的厚度即为聚合物薄膜的厚度，为1.5～2μm；

步骤4.利用旋涂工艺在脊形波导平板层上表面获得第二层聚合物薄膜，调整旋涂转速控制该层聚合物薄膜的厚度；

所述的步骤2、步骤4的旋涂转速为2000～4000 rpm；

步骤5.利用光刻工艺，通过光刻掩膜版对第二层聚合物薄膜曝光形成聚合物脊形波导脊结构部分；

所述的聚合物脊形波导脊结构部分的厚度，即为第二层聚合物薄膜的厚度，为1.5～2μm。

本发明有益效果如下：

本发明制作工艺简单，仅用到旋涂、光刻这些常规工艺，不需要干法刻蚀等复杂的工艺，即可以实现脊形聚合物光波导的制作，通过对旋涂转速的选择可以方便控制脊形波导的结构参数。

附图说明

图1给出了本发明的工艺流程图；

图中：1、硅衬底，2、二氧化硅下包层，3、聚合物脊形波导平板层，4、聚合物脊形波导脊结构部分。

具体实施方式

   下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

   如图1所示，一种制备脊形聚合物光波导的方法，具体包括如下步骤：

步骤1.采用等离子体增强型化学气相沉积在硅衬底1上生长6～8μm的二氧化硅作为波导下包层2。 

生长二氧化硅具体工艺条件如下：

反应压强 250～350mT，上极板温度为250～300゜C，、下极板温度200～300゜C，气体流量SiH₄ 15～20sccm，N₂O 1500～2500sccm，反应功率600～800W，生长时间35～50分钟，得到二氧化硅厚度为6～8μm，折射率1.455；

步骤2.利用旋涂工艺获得聚合物薄膜，调整旋涂转速控制聚合物薄膜的厚度；

具体工艺条件为：采用MicroChem公司的SU-8 2005 (浓度26%)，匀胶转速2000～4000rpm，20～35s，获得厚度为1～2μm聚合物薄膜；旋涂好后进行前烘，热板上60～70度烘10～30分钟，温度升到90～100度再烘10～30分钟，使溶剂完全挥发。

步骤3.利用光刻工艺对整个聚合物薄膜进行空曝光，通过交联反应固化形成的脊形波导平板层3。

曝光剂量为35mW/cm² 时间2～3s，通过交联反应聚合物薄膜将固化形成脊形波导平板层3，之后在热板上90～100度烘4～7min使已固化部分更加稳定。