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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃仁甫
研究生(外文):Jen-Fu Huang
論文名稱:高深寬比鏡面矽基一維光子晶體之設計與製作
論文名稱(外文):Design and Fabrication of 1-D Photonic Crystal With High Aspect Ratio and Low Roughness on Silicon Substrate
指導教授:趙煦
指導教授(外文):Shiuh Chao
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:127
中文關鍵詞:光子晶體電漿耦合離子蝕刻半導體製程低粗糙度Fabry-Perot 共振腔高深寬比
外文關鍵詞:Photonic CrystalICPsemiconductor processlow roughnessFabry-Perot cavityHigh Aspect Ratio
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當兩種不同折射率的介電結構在空間週期性變化,其變化週期和光的波長為同一個數量級。則某些特定波長的光波或電磁波會被排斥,亦即在該頻率電磁波不能存在其間。具備這種光子能隙的性質者,稱為光子晶體。
矽的折射率較高,滿足完全光子能隙光子晶體的要求,且矽對光通信領域所採用的波長而言是透明的,再加上半導體製程技術的進步,矽材料是製作光子晶體使用在光通信系統上的良好材料。
論文中利用感應耦合電漿離子蝕刻(ICP-RIE)在矽基板上製作高深寬比鏡面一維光子晶體。在設計方面首先利用傳輸矩陣法建立起基本的模擬與設計架構,再將結構透過黃光微影步驟定義在晶圓上,最後利用國科會精密儀器中心發展的ICP-RIE鏡面蝕刻製程蝕刻結構,在這裡分別使用場發射掃描式電子顯微鏡(SEM)與原子力顯微鏡(AFM)來分析蝕刻元件的品質。透過電腦自動化控制量測元件的穿透光譜加上模擬互相驗證,歸納討論光效率損耗的原因。
本研究成功地製造出蝕刻深度84μm表面粗糙度約11nm/avg的高深寬比鏡面元件,且利用光學量測驗證了矽基一維光子晶體的基本特性以及含有缺陷態Fabry-Perot共振腔的光學特性。
摘要 Ⅰ
致謝辭 Ⅱ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
第一章 序論 1
第二章 基礎理論 4
2.1基本概念 4
2.2光子晶體在光通信中的應用 6
2.3矽基光子晶體 11
2.4元件介紹 12
2.5 模擬方法 14
第三章 實驗規劃以及原理 19
3.1實驗目標 19
3.2使用實驗儀器及設備 20
3.3製程規劃 22
3.4光罩設計 26
3.5黃光微影製程 28
3.6蝕刻製程 35
3.6.1電漿蝕刻機制 37
3.6.2感應耦合電漿離子蝕刻製程40
3.6.3側壁鏡面蝕刻製程 43
3.7 量測系統架設 55
3.7.1自動化量測系統 59
3.7.2量測試片處理 63
3.7.3光纖對準 66
第四章 實驗結果與討論 74
4.1 製程分析與討論 74
4.1.1元件分析 74
4.1.2蝕刻寬度縮減與蝕刻深寬比83
4.1.3表面粗糙度 99
4.1.4蝕刻均勻度 102
4.2 量測結果與討論 107
4.2.1光纖透鏡量測 107
4.1.2單模光纖量測 111
4.3影響效率因素討論 116
第五章 結論與未來展望 121
5-1 結論 121
5-2未來展望 122
第六章 參考文獻 124
附錄A 126
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