微盤光諧振腔的制作研究.pdf

1、光諧振腔內(nèi)的光的不斷循環(huán)，使得在諧振腔頻率附近的光能量的儲(chǔ)存成為可能，光學(xué)微諧振腔的場(chǎng)的作用和反作用之間的相互作用可以成為一些基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵，例如腔量子電動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，自發(fā)發(fā)射控制，非線性光學(xué)，生物化學(xué)探測(cè)以及量子信息處理。以回音壁模式工作的高性能光學(xué)微腔(包括微柱、微盤以及微球體)以其所具有的超高品質(zhì)系數(shù)，小模式體積，以及相對(duì)簡(jiǎn)單的制作過(guò)程，使得它們成為FP型微腔以外的最有前途的腔量子電動(dòng)力學(xué)研究手段?；谇涣孔与妱?dòng)力學(xué)的量子運(yùn)算的

2、實(shí)現(xiàn)，是一種非常有前途及希望實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算方式，而構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)是量子門，運(yùn)用高性能微腔可實(shí)現(xiàn)量子門。本文主要對(duì)采用光刻以及干法刻蝕進(jìn)行微盤諧振腔制作工藝進(jìn)行研究，并給出得到了通過(guò)光刻、反應(yīng)離子束刻蝕、XeF<,2>刻蝕得到高Q值光微諧振腔的研制結(jié)果。論文主要工作和創(chuàng)新之處包括： 1)在國(guó)內(nèi)首先通過(guò)光刻方法以及干法刻蝕方法得到高Q值微盤諧振腔，微盤腔的Q值達(dá)到約1×10<'3>。光刻法制作微盤諧振腔的制作步驟為：光刻，包括

3、基片處理，甩膠，曝光，顯影以及光刻膠的處理等；對(duì)二氧化硅層的刻蝕，以形成微諧振腔圖形；對(duì)二氧化硅層下硅層的選擇性刻蝕，形成微諧振腔支撐。采用光刻工藝方法制作高Q值微盤腔，不但可以避免滴狀和球體狀的一些不良特性，同時(shí)制作工藝保證了高Q值微盤腔制作的幾何尺寸可控性以及制作的重復(fù)性，作為隨后在量子信息和量子邏輯器件方面的實(shí)驗(yàn)研究工作的技術(shù)基礎(chǔ)。 2)對(duì)制作過(guò)程中光刻工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。基片處理、涂膠、光刻膠的前烘和后烘、曝光參數(shù)、顯影

4、參數(shù)等許多方面都影響著作為隨后刻蝕工藝掩模的光刻膠浮雕圖形質(zhì)量，并最終影響微諧振腔的性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們的到了適宜的光刻工藝參數(shù)。 3)制作SiO<,2>微盤諧振腔腔體的研究。使用CHF<,3>與Ar的混合氣體反應(yīng)離子束刻蝕RIBE進(jìn)行SiO<,2>盤成型是可行的，反應(yīng)氣體CHF<,3>的引入，可提高光刻膠掩模與SiO<,2>的選擇比，并通過(guò)調(diào)整離子能量、束流密度以及入射角度，得到較快的SiO<,2>刻蝕速率以及一定范圍內(nèi)可控的

5、側(cè)壁陡直度，可用于制作符合要求的SiO<,2>微盤諧振腔圖形。在微諧振腔制作實(shí)驗(yàn)中使用2：1的CHF<,3>/Ar混合氣體作為工作氣體的RIBE制作的SiO<,2>微諧振腔，得到了邊緣清晰、光滑，具有近似垂直側(cè)壁的SiO<,2>微諧振腔腔體。實(shí)驗(yàn)證明，此種刻蝕方法制作SiO<,2>微諧振腔腔體具有精度高和易于進(jìn)行刻蝕控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)保證微諧振腔的幾何特征和物理特性是有利的。在國(guó)際上首次通過(guò)RIBE得到具有垂直側(cè)壁的SiO<,2>微諧振腔。

6、 4)對(duì)采用適宜的Si刻蝕方法得到SiO<,2>微盤諧振腔支撐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。XeF<,2>對(duì)Si進(jìn)行的刻蝕是一種各向同性的刻蝕，各方向的刻蝕速率與晶向或者硅摻雜物無(wú)關(guān)，而且此反應(yīng)不需要進(jìn)行氣體電離，在室溫下即可進(jìn)行，使用的刻蝕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刻蝕條件易于控制?？涛g后的硅表面粗糙度與刻蝕時(shí)的XeF<,2>氣體壓強(qiáng)有直接的關(guān)系。針對(duì)這種刻蝕，我們研制了一種簡(jiǎn)單的刻蝕系統(tǒng)，并成功地以光刻膠和SiO<,2>作為掩模層，實(shí)現(xiàn)了硅的深度刻蝕和