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研究生:王資文
研究生(外文):Tzu-Wen Wang
論文名稱:鍺離子佈植SiO2薄膜之非線性通道波導之研究
論文名稱(外文):Study on Germanium Ion-implanted Nonliner Optical Channel Waveguides in PECVD Grown Silicon
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:光電工程研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:鍺離子佈植通道波導非線性光學
外文關鍵詞:GermaniumIon ImplantationChannel WaveguideNonliner Optics
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本論文的研究方向是在矽晶圓上製作鍺離子佈植的通道波導,並搭配QPM SHG的條件,期望製作出1064nm轉成532nm綠光之倍頻轉換的元件。製程步驟主要以矽晶圓作為基板,利用PECVD法在其上沉積約8μm的SiO2薄膜,再把高能量的鍺離子佈植到試片的表面,並由專門分析離子佈植的模擬軟體(TRIM)模擬佈植的情況。接著利用模擬波導軟體Beam_PROP5.0C,將TRIM模擬後的離子分布以近似高斯擬合後代入,藉由調整Δn來計算出於不同波長(532nm、633nm、1064nm、1308nm以及1547nm)的光源,在通道波導中傳播的場型與等效折射率(mode effective index),得到的等效折射率再代入,以預估QPM SHG週期,並針對預估出的週期作光罩之設計。
本實驗內容為通道以及平面波導製作,概述如下:
(一)通道波導:選用厚度約3μm的鋁金屬薄膜當作遮罩,以RIE乾蝕刻的方式製作出平均寬度約4.5μm的通道波導遮罩結構,再以高能量(5MeV)的鍺離子束(Dose劑量為1015/cm2)入射到試片表面,製作出鍺離子佈值之通道波導。
(二)平面波導:將鍺離子直接佈植進SiO2薄膜,製成平面波導。製作平面波導的目的,主要想利用菱鏡耦合儀(Prism Coupler)與Mach Zehnder Interferometer作波導特性分析與量測,並施以熱極化誘導二次非線性的測試,其測得的數據可供往後QPM SHG倍頻元件的製作。
在本研究中的波導結構,將可應用於往後的光子電路上,經由熱極化誘導出的非線性,亦可應用在其後本實驗室製作Micro Ring的製程,與製作一些光電調變器中,實現光與電的交互作用。
摘要 I
致謝辭 III
目錄 V
圖目錄 VII
第1章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 非線性光學原理簡述 2
1.3 文獻回顧 6
第2章 通道波導的特性模擬 9
2.1 離子佈植加速器之基本原理簡述 9
2.2 離子佈植後通道波導模擬 13
2.3 使用模擬軟體分析通道波導與週期預估 16
第3章 通道波導的製作 30
3.1 通道波導製程簡述 30
3.2 實驗內容 32
3.2.1 試片準備 32
3.2.2 鋁膜蒸鍍 34
3.2.3 黃光製程 35
3.2.4 RIE離子反應蝕刻 39
3.2.5 離子佈植 41
3.2.6 試片清潔 43
3.2.7 熱極化誘導(Thermal Poling) 44
3.2.8 磨邊拋光 45
3.2.9 光路架設 47
3.3 元件製作結果與討論 49
3.3.1 黃光微影製程討論 49
3.3.2 RIE乾式蝕刻製程討論 52
3.3.3 離子佈植後製程討論 54
第4章 PRISM COUPLER量測與分析平面波導之特性 56
4.1 PRISM COUPLER 原理簡述 56
4.2 PRISM COUPLER量測結果 59
第5章 結論 63
5.1 結論 63
5.2 未來展望 63
APPENDIX A. 離子佈植須知 65
APPENDIX B. 熔融石英玻璃量測耦合效率與轉換效率 68
APPENDIX C. 圓柱透鏡輔助之MAKER FRINGE系統架設 72
參考文獻 89
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