[发明专利]一种玻璃基悬浮脊形硅波导的制备方法

说明书

本发明公开一种玻璃基悬浮脊形硅波导的制备方法，包括如下步骤：步骤1，制备带沟道的玻璃基底；步骤2，通过阳极键合工艺在玻璃基底上形成硅器件层；步骤3，在硅器件层上旋涂光刻胶，并进行光刻，在硅器件层上留下与波导脊形图案一致的条形光刻胶，再进行干法刻蚀，得到脊形硅波导芯层。此种方法可有效增强悬浮脊形硅波导芯层的结构强度及稳定性。

技术领域

本发明属于光通信和光传感技术领域，特别涉及一种平面集成光波导及其制备技术，特别涉及一种玻璃基悬浮脊形硅波导的制备方法。

背景技术

由于包含有绝大部分化学键的强吸收峰，甚至是指纹窗口，使得中红外光波段成为生物和化学物质及分子检测的“黄金波段”。同时，近年来平面光波导及集成光电技术的不断发展使得低成本的芯片级光传感器有望取代传统体积庞大的生物化学分子检测设备，实现生物化学分子的低成本，高灵敏度以及便携式检测。目前已有报道的基于中红外平面光波导的光传感器已可以实现如甲烷，二氧化碳，重水，乙醇，苯乙胺，甲苯胺等多种化学及生物物质的检测。

平面光波导作为中红外光传感器的核心器件，其透明波段宽度，在目标中红外波段的光传输损耗，物理化学稳定性等参数直接决定了光传感器的检测性能。由于二氧化硅对3.5μm以上中红外波段的光有较强的吸收损耗，使得目前已经成功实现商用的基于二氧化硅的硅基二氧化硅波导(SOS)以及近年来成为主要研究热点的基于SOI的单模硅波导等利用氧化硅作为波导外包层的光波导方案无法满足中红外光信号的传输要求。为解决这一问题，在中红外波段具有宽传输光谱的硫系玻璃光波导，锗基硅波导，悬浮脊形硅波导等多种新型中红外波导架构被相继提出。其中，悬浮式硅波导不仅拥有脊形波导低传输损耗，宽波段透明窗口，与标准CMOS工艺兼容等优点，同时其波导芯层的上下部分可同时与被检测气体或溶液接触以增大接触面积，从而可有效提高基于该类型的中红外光波导传感器的检测灵敏度。

现有悬浮硅波导的制备主要利用在SOI圆片上对顶层已蚀刻出脊形波导结构的硅器件层的外部进行部分刻蚀开孔从而形成多个通向二氧化硅层的孔道，后利用湿法刻蚀将硅波导芯层下部的二氧化硅蚀刻掉，从而形成可在中红外工作的悬浮硅波导。然而，对起到支撑作用的硅波导芯层两侧部分进行打孔蚀刻会降低脊形硅波导的结构强度，降低硅波导的良品率及整体性能；同时，为保证光信号不泄露是SOI圆片的硅衬底中，实现基于SOI的脊形硅波导需要较厚的氧化层作为制备过程中的牺牲层，增加了生产成本。

现有技术存在如下不足：

(1)现有技术中红外悬浮硅波导制备过程中需要对硅器件层开孔制备下包层，导致悬浮硅波导结构稳定性不足；

(2)现有方案需要使用厚氧化层的SOI圆片作为牺牲层防止光场泄露至衬底，材料成本高昂。

针对以上不足，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种玻璃基悬浮脊形硅波导的制备方法，其可有效增强悬浮脊形硅波导芯层的结构强度及稳定性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种玻璃基悬浮脊形硅波导的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备带沟道的玻璃基底；

步骤2，通过阳极键合工艺在玻璃基底上形成硅器件层；

步骤3，在硅器件层上旋涂光刻胶，并进行光刻，在硅器件层上留下与波导脊形图案一致的条形光刻胶，再进行干法刻蚀，得到脊形硅波导芯层。

上述步骤1中，采用机械刻蚀、干法刻蚀或湿法刻蚀的方式在玻璃圆片上形成沟道，得到带沟道的玻璃基底。

上述采用湿法刻蚀的方法是，通过49％HF溶液对带有掩模层的玻璃圆片进行湿法刻蚀并去除掩模层，得到与脊形硅波导路线一致的沟道。