納米壓印工藝及其在光電子芯片中的應(yīng)用研究.pdf

1、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，成為微納制造領(lǐng)域最受關(guān)注的一個研究熱點。本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。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用有限元算法對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

2、；同時討論了在跨尺度圖形中，腔的填充度和小腔的特征尺寸、兩個腔之間的相對距離、填充腔高度之間的關(guān)系。⑵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；針對

3、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)計增加陪襯圖形區(qū)的模板來提高腐蝕光柵的均勻性；針對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。⑶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，激光器測試結(jié)果表明，激光器的閾值電流小于20 mA，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、。⑷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，對制作中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行詳細(xì)描述，包括對接生長技術(shù)進(jìn)行無源/有源波導(dǎo)的對接耦合工藝，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。最后對制得的器件進(jìn)行了測試，器件平均閾值小于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0.2 mW。測試結(jié)果表明該集成器件可以用于波