一種Te基全硫系光波導(dǎo)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)的制備技術(shù)，尤其是涉及一種Te基全硫系光波導(dǎo)的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 集成光子技術(shù)是光子技術(shù)的重要發(fā)展方向。光波導(dǎo)被定義為由低折射率區(qū)域包圍 起來的高折射率區(qū)域，它是集成光學(xué)的基本組成單位，也是全光通信的基礎(chǔ)。平面集成光波 導(dǎo)器件由于其小型化、集成化的優(yōu)勢在光纖通訊、光學(xué)遙感、傳感、光存儲和光電顯示等領(lǐng) 域發(fā)揮著日益重要的作用。
[0003] 硫系玻璃是以硫族元素（S(硫）、Se(硒）、Te(碲））為主，引入Si (硅）、Ge (鍺）、As (砷）、Sb(銻)等元素形成的非晶態(tài)材料，是一種紅外光學(xué)材料，它具有高折射率、高稀土摻 雜能力、極大的光學(xué)非線性和光敏特性，這些特點使得硫系玻璃光波導(dǎo)器件在中紅外及遠 紅外氣體和生物傳感、中紅外激光光源、全光器件、以及星際空間探測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用 前景。圖1給出了 Te基材料、Se基材料、S基材料、ZBLAN材料及Si02材料的透過光譜，從圖1中 可以看出Te基材料的紅外透過窗口在20微米附近，而Se基材料的紅外透過窗口在17微米附 近，S基材料的紅外透過窗口在13微米附近。由此可見，硫系材料中Te基材料與Se基材料、S 基材料相比，它具有更寬的紅外透過窗口（可以達到25微米），它能夠完全覆蓋生物傳感應(yīng) 用的光譜范圍，在生命探測、生物有機物的指紋區(qū)探測具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 目前的硫系玻璃光波導(dǎo)器件基本以S0I(Silicon-0n-Insulator，絕緣襯底上的 硅)平臺為主，其襯底為低折射率的Si0 2(二氧化硅)材料，但是由于Si02材料的紅外截止波 長小于4微米，因此，對于中遠紅外傳輸，用Si0 2作為光學(xué)材料必然會造成很大的吸收損耗， 這將影響其紅外區(qū)域的工作應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種Te基全硫系光波導(dǎo)的制備方法，其制備得 到的Te基全硫系光波導(dǎo)具有更寬的光透過范圍，且對光具有很好的限域作用，能夠有效地 減少傳輸損耗。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種Te基全硫系光波導(dǎo)的制備方 法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] ①取一塊硫系玻璃作為襯底;然后在硫系玻璃的光滑的上表面上鍍設(shè)一層Ge-Sb-Se硫系薄膜;接著在Ge-Sb-Se硫系薄膜上涂覆一層光刻膠；
[0008] ②利用具有所需掩膜結(jié)構(gòu)的掩膜板對步驟①得到的基材進行曝光和顯影，得到具 有掩膜結(jié)構(gòu)的基材；
[0009] ③在步驟②得到的具有掩膜結(jié)構(gòu)的基材上鍍設(shè)一層Ge15Ga1QTe75硫系薄膜；
[0010] ④將步驟③得到的基材完全浸入有機溶劑中，利用有機溶劑溶解步驟③得到的基 材上的光刻膠，同時帶走位于光刻膠上方的Gei5Gai〇Te75硫系薄膜，形成Te基全硫系光波導(dǎo)。
[0011] 所述的步驟①中的硫系玻璃的上表面和下表面均為通過磨平、拋光技術(shù)形成的光 滑的表面。
[0012] 所述的步驟①中在硫系玻璃的光滑的上表面上鍍設(shè)一層Ge-Sb-Se硫系薄膜之前， 先對硫系玻璃進行清洗以去除雜質(zhì)的污染，具體過程為:①-1、將硫系玻璃完全浸入丙酮 中，然后利用超聲波清洗15分鐘~25分鐘，以去除硫系玻璃上的雜質(zhì);① -2、從丙酮中取出 第一次清洗后的硫系玻璃，并將取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超聲波清洗3分 鐘~8分鐘，以初步去除硫系玻璃上殘留的丙酮;① -3、從甲醇中取出第二次清洗后的硫系 玻璃，并將取出的硫系玻璃完全浸入異丙醇中，然后利用超聲波清洗3分鐘~8分鐘，以完全 去除硫系玻璃上殘留的丙酮;① -4、從異丙醇中取出清洗干凈的硫系玻璃，然后用氮氣吹干 清洗干凈的硫系玻璃。在此，首先利用丙酮有效去除硫系玻璃上的雜質(zhì)，然后利用甲醇初步 去除硫系玻璃上殘留的丙酮，再利用異丙醇完全去除硫系玻璃上殘留的丙酮，最后吹干清 洗干凈的硫系玻璃，對硫系玻璃的表面進行清潔處理可以使后續(xù)的波導(dǎo)制備工藝流程保持 干凈。
[0013] 所述的步驟①中Ge-Sb-Se硫系薄膜的鍍設(shè)采用磁控濺射方法，其中，磁控濺射鍍 膜系統(tǒng)的濺射腔室的真空度為1.5 X 10-4帕~2.5 X 10-4帕、起輝氣壓為2.8帕~3.2帕，磁控 濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射氣壓為〇. 22帕~0.27帕、濺射功率為25瓦特~30瓦特、濺射時間為2小 時~3小時，向磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室內(nèi)通入的氬氣的體積流量為45 SCCm~55SCCm。 在此，采用現(xiàn)有的磁控濺射方法鍍設(shè)Ge-Sb-Se硫系薄膜能夠使得到的Ge-Sb-Se硫系薄膜的 均勻性好，且組分差異??；而通過限定磁控濺射鍍膜系統(tǒng)濺射工作的參數(shù)，可使獲得的Ge-Sb-Se硫系薄膜具有致密性好、光散射損耗小、均勻性好等特點，適合平面光波導(dǎo)的制作。
[0014] 所述的步驟①中光刻膠的涂覆利用勻膠機，其中，勾膠機先慢轉(zhuǎn)后快轉(zhuǎn)，慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 為2000rpm，慢轉(zhuǎn)時間為3秒，快轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為6000rpm，快轉(zhuǎn)時間為30秒。在此，涂覆光刻膠先慢 轉(zhuǎn)后快轉(zhuǎn)可以使光刻膠粘附良好且均勻。
[0015] 所述的步驟①中的Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度為0.8~1.2微米，光刻膠的厚度為 1.5~1.8微米。在此，限定Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度是為了減少Ge-Sb-Se硫系薄膜和 Gei5GaioTe75硫系薄膜之間的應(yīng)力；限定光刻膠的厚度大于Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度是為了 使硫系光波導(dǎo)制備得以順利進行。
[0016] 所述的步驟②的具體過程為:②-1、利用接觸式系統(tǒng)，在掩膜板緊貼步驟①得到的 基材中的光刻膠后對步驟①得到的基材進行曝光，其中，曝光時間為8秒~12秒;②-2、在氫 氧化鈉堿性顯影液中對曝光后的基材進行顯影，得到具有掩膜結(jié)構(gòu)的基材，其中，顯影時間 為45秒~60秒。在此，限定曝光時間是為了在已涂覆光刻膠的基材上產(chǎn)生一個良好的圖形； 限定顯影時間是為了把掩膜板的圖形準確復(fù)制到光刻膠中，以保證光刻的質(zhì)量。
[0017] 所述的步驟③中Gei5Ga1QTe75硫系薄膜的鍍設(shè)采用磁控濺射方法，其中，磁控濺射 鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室的真空度為1.5 X 10-4帕~2.5 X 10-4帕、起輝氣壓為2.8帕~3.2帕，磁 控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射氣壓為〇. 22帕~0.27帕、濺射功率為25瓦特~30瓦特、濺射時間為2 小時~3小時，向磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室內(nèi)通入的氬氣的體積流量為4 5 s c c m~ 5 5 s c c m。在此，采用現(xiàn)有的磁控派射方法鍍設(shè)G e 15 G a 1 ο T e 7 5硫系薄膜能夠使得到的 Gei5Ga1QTe75硫系薄膜的均勻性好，且組分差異小；而通過限定磁控濺射鍍膜系統(tǒng)濺射工作 的參數(shù)，以使獲得的G ei5Ga1QTe75硫系薄膜具有致密性好、光散射損耗小、均勻性好等特點， 適合平面光波導(dǎo)的制作。
[0018] 所述的步驟③中的Gei5GaioTe75硫系薄膜的厚度為0.8~1.2微米。在此，限定 Gei5Ga1QTe75硫系薄膜的厚度是為了獲得所需要的光波導(dǎo)的高度。
[0019] 所述的步驟④中利用有機溶劑溶解步驟③得到的基材上的光刻膠，同時帶走位于 光刻膠上方的66156 &1〇1^75硫系薄膜后再利用超聲波清洗5分鐘~10分鐘;所述的步驟④中 的有機溶劑為濃度為99.9%的N-甲基吡咯烷酮。在此，在溶解光刻膠時進行超聲波清洗是 為了使光刻膠和有機溶劑充分接觸，從而得到所需要的光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu);采用濃度為99.9% 的N-甲基吡咯烷酮能夠有效地溶解基材上的光刻膠，同時也帶走了位于光刻膠上方的 Gei5GaioTe75 硫系薄膜。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0021] 1)本發(fā)明方法