二氧化硅光波导膜材料的制备工艺
Optoelectronics 光电子, 2014, 4, 34-43
Published Online September 2014 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/oe http://dx.doi.org/10.12677/oe.2014.43006
34
Fabrication Process of Silica Film for Optical
Waveguides
Jindong Wu1,2*, Shu Huang1,2, Haixing Hu1,2, Gangjing Ding1,2, Xiangjie Xiao1,2
1Shenzhen Optical Fiber Sensing Engineering Technology R&D Center, Shenzhen
2T&S Communications Co. Ltd., Shenzhen
Email: *petter.wu@china-tscom.com
Received: Jul. 23rd, 2014; revised: Jul. 30th, 2014; accepted: Aug. 8th, 2014
Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract SiO
2 based planar waveguide circuit device has found increasing application in optical communi-
cation and optical sensing. The deposition of SiO
2 thin film is the basis of fabricating PLC and inte-
grated devices. PECVD (Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition) and FHD (Flame Hydrolysis
Deposition) are the typical techniques for depositing SiO
2 thin film. In this paper, the influence of
process parameters on thin film performance is discussed, showing that the hybrid process of
PECVD and FHD is the most competitive way to fabricate PLC devices on SiO
2 substrate.
Keywords
Planar Lightwave Circuits, Silica Film, PECVD, FHD
二氧化硅光波导膜材料的制备工艺
吴金东1,2*，黄 舒1,2，胡海鑫1,2，丁纲筋1,2，肖湘杰1,2
1深圳市光纤传感工程技术研究开发中心，深圳
2深圳太辰光通信股份有限公司，深圳
Email: *petter.wu@china-tscom.com
收稿日期：2014年7月23日；修回日期：2014年7月30日；录用日期：2014年8月8日
*通讯作者。
二氧化硅光波导膜材料的制备工艺
35 摘 要
二氧化硅(SiO2)平面光波导器件在光通信和光传感的应用日益广泛，制备SiO
2膜材料是平面光波导及其
集成器件制作的基础。等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,
PECVD)和火焰水解沉积(Flame Hydrolysis Deposition, FHD)工艺是制备SiO
2厚膜的典型方法, 本文分
析总结了制备工艺参数对膜层性能的影响，说明PECVD + FHD混合工艺是SiO2型PLC器件最具竞争性的
制作方法。
关键词
平面光波导，二氧化硅膜，等离子增强化学气相沉积，火焰水解沉积
1. 引言
平面光波导(Planar Lightwave Circuit, PLC)是采用半导体工艺将光学元件集成到一块芯片上，实现对
光信号复杂控制处理功能的光器件技术[1] [2]，已经大量应用的PLC器件有光分路器(Splitter)、阵列波导
光栅(AWG)、光开关(Switch)、可调光衰减器(VOA)、光波导模式光谱(OWLS)传感器等。目前，无源器
件与有源、MEMS融合是PLC技术的重要发展方向，可开发出新型的多功能集成器件[3]，如VMUX (VOA
+ AWG)、WSS (Switch + AWG)、加速度计、压力传感器、微型麦克风(智能手机)等。PLC不但能实现光
电器件集成化、规模化、小型化，而且具有性能稳定、适于规模化生产、成本低等优势。
通常，Si基PLC为四层结构(如图1所示)：Si衬底、缓冲层(下包层)、芯层和覆盖层(上包层)。SiO
2
基PLC为三层结构，SiO
2即是基底，也充当下包层，多用来制作PLC分路器。可制作PLC的材料有二
氧化硅(SiO
2)、铌酸锂(LiNbO
3)、III-V族半导体化合物(如InP，GaAs)、绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator, SOI)、
氮氧化硅(SiON)、玻璃和聚合物(Polymer)等，其中SiO
2、InP、GaAs、SOI、SiON和Polymer波导以半
导体刻蚀工艺制作，LiNbO
3和玻璃波导以离子扩散工艺制作。光波导芯层材料传输光信号，要求传输损
耗低、厚度尺寸和折射率均匀一致、双折射小，且与包层的界面光滑平整。PLC还要求包层足够厚，如
0.34%~0.75%Δ光波导需要上下包层厚度达到12~20 um，以保证传输的光波不会被泄漏；其次包层材料
的温度特性与芯层差异要小，以减小波导中产生应力双折射而影响性能，如AWG偏振相关性和中心波
长温度敏感性；此外包层材料应具有良好的流动性，因为光波导芯层已被刻蚀出台阶和沟槽状，这样才
能完全填充芯层与包层的空隙达到紧密的包裹效果。通常在SiO
2材料中需掺入一定的B
2O
3、P
2O
5和GeO
2
等，调节SiO
2的折射率、热膨胀系数和软化温度。
Figure 1. Cross section of PLC
图1. PLC的层结构截面示意图
二氧化硅光波导膜材料的制备工艺
36 2. PECVD + FHD混合工艺
SiO
2波导PLC器件，需要在Si/SiO
2和SiO
2基片上制备折射率和厚度不同的SiO
2膜材料，以形成SiO
2
波导的芯层和上包层。SiO
2膜材料的制作方法有多种，等离子增强化学气相沉积法(PECVD)[4] [5]和火焰
水解沉积法(FHD) [6] [7]应用最为广泛，两种方法各有优劣。PECVD的膜层生长速率较慢，通常为100~300
nm/min，容易对膜层厚度、折射率和界面光滑度精确控制[8]。PECVD每沉积几微米厚度膜层，即需要
对沉积腔体进行清理[9]，如制备厚度20微米以上膜层，需要多次沉积和腔体清洗过程，很费时间。通常
PECVD设备昂贵，采用全PECVD工艺制作PLC器件[10]，往往生产效率与制作成本处于劣势。FHD比
PECVD更早用于PLC器件的制作[11] [12]，该方法能较快地生长厚达几十甚至上百微米的SiO
2膜层材
料，对台阶的覆盖比PECVD更好[13]，但对膜层厚度均匀性的控制相对更难。由于FHD设备投资相对
小，在制作厚度较大的包层方面具有效率高成本低的优势。可见，采用PECVD制作芯层，FHD制作包
层的混合工艺是PLC器件最具竞争性的制作方法，本文着重介绍两种技术的应用。
3. PECVD制备芯层
PECVD利用辉光放电，在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体，触发并维持淀积所需的化学反
应，从而可以在较低温度下实现SiO
2沉积。PECVD制备的SiO
2膜层多孔疏松，含有大密度的O-H，N-O，
Si-H键，影响膜层的稳定性和光学性能(折射率和红外吸收)[14] [15]，如Si-H和O-H在630、1400 nm波
长的吸收峰是膜层损耗增加[16]。必须在N
2或O
2气氛中进行退火处理，使膜层致密化，消除H键和残
余应力，才能满足光传输的需要。退火处理温度和时间对膜层性能有一定影响，800℃退火后通常O-H
吸收消失，而N-H、Si-H的吸收需要在1100℃退火才能减弱，并伴随着损耗大幅度降低。
GeO
2-SiO
2具有优异的光学特性(其损耗可降至0.02 dB/cm)，是PLC器件运用最为广泛的光波导芯层
材料。PECVD制备GeO
2-SiO
2膜材料的工艺气体通常为SiH
4、10%GeH
4 (以Ar为稀释气体)和N
2O[17]。
沉积腔的压强、温度、气体流速和流速比率、射频功率等是影响膜材料生长速率、膜层结构、折射率和
粗糙度的主要变量[18]。本文讨论生长温度为320℃，气体流量比10%GeH
4:SiH
4:N
2O为20:17:2000 sccm，
射频输入功率为700 W，沉积腔压强为300 mTorr的条件下，10%GeH
4流量、沉积腔压强和射频输入功
率对膜材料生长速率、膜层结构、折射率和粗糙度的影响。
如图2，GeO
2-SiO
2膜材料的折射率随10% GeH
4流量的呈线性变化，GeO
2-SiO
2膜的折射率随GeH
4
流量线性增大，说明可以通过精确控制GeH
4的流量来调节膜层的折射率。
Figure 2. Refractive index versus GeH4 flow rate (GeH4/Ar = 10/90)
图2. 折射率随
GeH4流量的变化(GeH4/Ar = 10/90)
光波导的一些基本概念
光波导的一些基本概念
平面光波导，英文缩写plc是英文planarlightwavecircuit的缩写，翻译成中文为：平面光波导(技术)。所谓平面光波导，也就是说光波导位于一个平面内。正如大家所熟悉的单层电路板，所有电路都位于基板的一个平面内一样。因此，plc是一种技术，它不是泛指某类产品，更不是分路器！我们最常见的plc分路器是用二氧化硅(sio2)做的，其实plc技术所涉及的材料非常广泛，如玻璃/二氧化硅(quartz/silica/sio2)、铌酸锂(linbo3)、iii-v族半导体化合物(如inp,gaas等)、绝缘体上的硅(silicon-on-insulator,soi/simox)、氮氧化硅(sion)、高分子聚合物(polymer)等。
基于平面光波导技术解决方案的器件包括分路器、星形耦合器、可变光衰减器（VOA）、光开关、交织器和阵列波导光栅（AWG）。根据不同应用（如响应时间、环境温度等）的要求，这些设备可以由不同的材料系统和加工技术制成。值得一提的是，这些器件都是光无源器件和独立器件。它们可以相互组合或与其他有源设备组合，形成具有不同功能的高端设备，如vmux=VOA+AWG、WSS=switch+AWG等（图2）。这种结合是PLC技术——光子集成电路（PIC）未来的发展方向
随着ftth的蓬勃发展，plc(planarlightwavecircuit,平面光路)已经成为光通信行业使用频率最高的词汇之一，而plc的概念并不限于我们光通信人所熟知的光分路器和awg，其材料、工艺和应用多种多样，本文略作介绍。
1.平面光波导材料
plc光器件一般在六种材料上制作，它们是：铌酸锂（linbo3）、ⅲ-ⅴ族半导体化合物、二氧化硅（sio2）、soi（silicon-on-insulator,绝缘体上硅）、聚合物（polymer）和玻璃，各种材料上制作的波导结构如图1所示，其波导特性如表1所示。
中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的方法
中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的方法
磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，可以制备多种材料的薄膜，包括二氧化硅（SiO2）薄膜。磁控溅射是一种物理气相沉积技术，通过引入高能量离子束和磁场，将目标材料溅射到基底上形成薄膜。本文将介绍中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的方法。
中频反应磁控溅射是一种特殊的磁控溅射技术，它利用中频发生器产生高频交变磁场，使离子束在基底表面发生快速反应。相比传统的直流磁控溅射，中频反应磁控溅射可以提高溅射速率和界面结合强度，薄膜的致密性和平坦度也更好。
制备二氧化硅薄膜的中频反应磁控溅射方法可以分为以下几个步骤：
1.基底准备：选择合适的基底材料，通常是硅基材料。将基底进行表面清洗，去除杂质和氧化物，并进行表面处理以提高附着力。常用的表面处理方法包括机械抛光、酸洗和超声清洗。 2.目标制备：选择合适的二氧化硅目标材料。目标材料的选择要考虑到溅射效率、化学纯度和结构性能等因素。常用的二氧化硅目标材料包括石英、硅酸钠和气相法制备的二氧化硅颗粒。
3.溅射设备设置：将目标材料安装在中频反应磁控溅射设备的靶架上，并调整靶架距离基底的距离和角度，使得离子束能够均匀地撞击目标材料。同时设置反应室的真空度和气氛，通常使用高真空度（10^-5~10^-6 Torr）下的氩气环境。
4.溅射过程：打开中频发生器，产生交变磁场，并通过靶底之间的磁场和离子束进行中频反应。离子束打击目标材料表面，将目标材料溅射到基底上形成薄膜。同时，加热基底以提高薄膜的结晶度和致密性。
5.后处理：制备完成后的二氧化硅薄膜需要进行后处理。常用的后处理方法包括热处理、化学处理和物理处理。热处理可以提高薄膜的结晶度和致密性，化学处理可以改善薄膜的界面性能，物理处理可以提高薄膜的光学和电学性能。
中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的优点是制备过程简单、设备成本低、薄膜致密度高、界面结合强度好、薄膜平坦度高等。它可以应用于多个领域，如光电子器件、微电子器件、光学涂层和传感器等。
SiO2光学增透膜的制备及光学性能分析
SiO2光学增透膜的制备及光学性能分析
最近几年，在制膜中采用溶胶-凝胶的方法得到了普遍的推广，尤其是Sio2溶胶在光学发展中被当作是制备光学薄膜的发展潮流，Sio2的反应活性很强，这与它的表面构造有关，Sio2外面具有羚基和没有达到饱和状态的键，与稳定的硅氧结构相偏离。Sio2的特点是，纯度高，表面体积大，粒径很小和分散性极好，所以可以广泛应用于工程材料和医药制作等领域。当前，制造Sio2的方法主要有气相沉积法、化学层积法和微乳液法等，它们都有不同的特性、优点和局限性，例如利用气相层积法所提炼的Sio2纯度高，但是所需的机器设备要先进，所花的费用大，制作成本高；其他的制作方法所制作的Sio2纯度低，里面杂质含量高，并且净化提炼的程序复杂，还会对环境造成污染，所以在实际操作中大多采用气相层积法。因为Sio2的折射率很低，所以可以制造光学增透膜，如果将其与折射率高的薄膜材料結合也可以制备成高反膜。笔者，不仅分析了由正硅酸乙酯为前提制造的光学性能，而且还探讨了膜层的结构。
一、实验过程
Sio2溶胶的制作：原料采用正硅乙酯、无水乙醇和水，催化剂是氨水，根据一定的比例把溶液混合，并在20摄氏度的水温下搅拌充分，使它们混合均匀，再把搅拌好的溶液倒入封闭的容器里，放置在恒温的条件下，最后采用不同时间的溶胶进行镀膜。
基片的准备工作：用碱液、洗洁精、二次蒸馏水把K9玻璃材料洗涤干净，最后再采用无水乙醇把玻璃冲洗干净后，把水分晾干，存储在干燥的封闭容器中。
膜的制作过程：采用旋转的方法镀膜，在低速的条件下，然后在玻璃基片表面滴上一定分量的溶胶，再快速进行高速旋转，最后维持一段时间，拿出后，对其封闭保存。 溶胶性能和膜层光学性质实验：采用透射电镜观察溶胶粒子的粒度大小和交联结构，再用粒度仪观测溶胶簇团的分布情况。用PHS_25A酸度计来测试溶胶的PH值。在制造薄膜上，二氧化硅与通常的有机高分子相比有很多优点，例如可以控制材料的多孔性，还有固定的离子交换点，可以使离子交换膜可以选择理想的透过性和离子。
《垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料的制备及电化学研究》
《垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料的制备及电化学研究》
一、引言
随着纳米科技和材料科学的快速发展，垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料因其独特的结构特性和优异的物理化学性能，在电化学、光电子学、传感器等领域具有广泛的应用前景。本文旨在探讨垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料的制备方法，并对其电化学性能进行深入研究。
二、垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料的制备
1. 材料选择与准备
本实验采用硅源、表面活性剂、溶剂等原料，经过纯化处理后备用。其中，硅源选择正硅酸乙酯（TEOS），表面活性剂选择聚氧乙烯壬基醚（P123）。
2. 制备过程
（1）将P123溶于溶剂中，形成溶液；
（2）将TEOS加入到P123溶液中，搅拌并加热；
（3）加入酸或碱作为催化剂，继续搅拌至凝胶化；
（4）将凝胶化后的物质在高温下进行热处理，去除有机物，得到垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料。
三、电化学性能研究
1. 电极制备 将制得的垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料切割成合适大小的薄膜片，用于电化学测试的电极制备。
2. 电化学性能测试
采用循环伏安法、恒流充放电法等电化学测试方法，对垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料的电化学性能进行测试。测试内容包括比电容、充放电性能、循环稳定性等。
四、结果与讨论
1. 制备结果
通过上述制备方法，成功制得垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料。通过扫描电子显微镜（SEM）观察，发现该材料具有明显的垂直取向介孔结构。
2. 电化学性能分析
（1）比电容：在一定的电压范围内，垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料表现出较高的比电容，具有较好的能量存储能力。
（2）充放电性能：该材料具有良好的充放电性能，充放电速度快，循环稳定性好。
（3）循环稳定性：经过多次充放电循环后，该材料的性能保持稳定，无显著衰减。
五、结论
本文成功制备了垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料，并对其电化学性能进行了深入研究。实验结果表明，该材料具有优异的电化学性能，包括较高的比电容、良好的充放电性能和循环稳定性。这些特点使得垂直取向介孔基二氧化硅薄膜材料在电化学领域具有广泛的应用前景。未来可以进一步研究该材料的制备工艺和电化学性能优化方法，以提高其应用价值。同时，该研究也为其他介孔材料的研究提供了有益的参考。
中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的方法 2
中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的方法
中频反应磁控溅射是一种常用的制备二氧化硅薄膜的方法。本文将介绍该方法的基本原理、实验装置、工艺参数以及影响薄膜性能的因素。
中频反应磁控溅射是一种物理气相沉积（PVD）技术，其基本原理是利用真空环境中的电弧放电产生的等离子体，将固体靶材（通常为硅）上的原子或分子溅射到衬底上形成薄膜。与常见的直流反应磁控溅射相比，中频反应磁控溅射具有更高的离子密度、较低的电压降和较弱的靶材损耗，从而可获得更好的薄膜性能。
中频反应磁控溅射的实验装置主要包括真空室、靶材、基底和瞄准器等。真空室通常为圆柱形，并具有足够的强度和密封性，以确保在高真空条件下工作。靶材是固体硅材料，其表面经过抛光和清洗处理，以提高溅射效率和薄膜质量。基底可以是硅片、玻璃或其他材料，其表面应经过清洗和预处理，以保证与薄膜的结合性能。
中频反应磁控溅射的工艺参数包括气压、功率密度、溅射时间和基底温度等。气压通常控制在几十至百帕左右，以保持真空条件下的靶材表面清洁度。功率密度是指单位面积上的电源功率，其大小决定了溅射过程中的等离子体密度和能量。溅射时间决定了薄膜的厚度，通过调节溅射时间可以控制薄膜的生长速率。基底温度对薄膜结晶度和界面性能有较大影响，一般控制在200-400摄氏度范围内。
中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的性能受多种因素影响，包括靶材纯度、基底预处理、溅射功率密度和靶-基底距离等。靶材纯度直接影响薄膜的组成和纯度，通常需要采用高纯度的硅材料。基底的预处理包括清洗、表面处理和预热等步骤，以增加薄膜与基底的结合力和织构度。溅射功率密度决定了薄膜的致密性和结构性能，过高的功率密度可能导致薄膜结构松散，过低的功率密度则会导致薄膜质量不稳定。靶-基底距离影响薄膜生长速率和均匀性，一般控制在几十厘米至一米范围内。
总的来说，中频反应磁控溅射是一种制备二氧化硅薄膜的有效方法。通过合理选择和控制工艺参数，可以获得具有较好物理、化学和力学性能的薄膜。然而，为了进一步提高薄膜的质量和应用性能，还需深入研究和优化相关工艺和装置。
光波导薄膜
光波导薄膜
光波导薄膜是一种应用于光通信和光电子器件中的重要材料。光波导薄膜能够实现光信号的传输和引导，具有低损耗、高集成度和可调控性等优点，在光通信和光电子器件领域有着广泛的应用前景。
光波导薄膜的基本原理是通过选择性地改变介质的折射率，使得光在薄膜中传播时发生全反射，从而实现光信号的传输。一般来说，光波导薄膜由两个折射率不同的介质层构成，其中一层为光波导层，另一层为衬底层。光波导层通常采用高折射率的材料，如二氧化硅或氮化硅，而衬底层则采用低折射率的材料，如二氧化硅或氧化硅。通过调节两个层之间的折射率差异和层的厚度，可以实现对光信号的引导和调控。
光波导薄膜的制备通常采用化学气相沉积、物理气相沉积、溅射等技术。例如，对于二氧化硅光波导薄膜的制备，可以采用化学气相沉积技术，通过控制沉积温度、压力和气体流量等参数，使得二氧化硅从气相沉积到衬底表面形成光波导层。制备过程中还需要使用光刻和蚀刻等工艺，将光波导层的形状和尺寸进行精确控制。制备完成后，光波导薄膜可以用于制备光波导器件，如光波导耦合器、光调制器、光开关等。
光波导薄膜具有许多优点，使其在光通信和光电子器件中得到广泛应用。首先，光波导薄膜具有低损耗的特性，可以实现长距离的光信号传输。其次，光波导薄膜可以实现高集成度，多个光波导器件可以在同一块薄膜上制备，从而实现光电子器件的高度集成。此外，光波导薄膜还具有可调控性，通过改变光波导层的尺寸、形状和折射率等参数，可以实现对光信号的调控和操控。
光波导薄膜在光通信中有着重要的应用。光通信是一种利用光信号进行信息传输的通信方式，具有大带宽、高传输速率和低能耗等优点，已成为现代通信的重要手段。光波导薄膜可以用于制备光纤连接器、光开关和光放大器等器件，用于实现光信号的传输和调控。光波导薄膜还可以用于制备光栅耦合器，将光信号从光纤耦合到光波导薄膜中，实现光信号的引导和传输。此外，光波导薄膜还可以用于制备光调制器，实现对光信号的调制和调控，从而实现光通信系统的功能扩展和性能提升。
二氧化硅基波导薄膜的制备方法
２９卷第３期 ２００６年６月 山东陶瓷 ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＣＥＲＡＭＩＣＳ Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２００６
・综述・ 文章编号：１００５—０６３９（２００６）０３—００１７—０３
二氧化硅基波导薄膜的制备方法
朱晓辉，夏君旨 （唐山工业职业技术学院，唐山０６３０２０）
摘 要 本文总结了目前制备二氧化硅基波导薄膜的各种制备工艺，包括广泛采用的等离子增强
化学气相沉积法（ＰＥＣＶＤ）和火焰水解法（ＦＨＤ）以及低压化学气相沉积法、溅射法、离子交换法、离子
注入法和溶胶一凝胶法等制备方法，并对各种工艺的原理、特点和应用现状进行了详细的介绍。
关键词 二氧化硅基波导薄膜；制备工艺
１ 引言
光纤通信技术开辟了大容量、高速和低损耗
的通信方式。集成光学器件是构成光通讯网和系
统的重要组成部分，在光互连、分插复用、波分复
用、光滤波等领域扮演不可替代的作用。二氧化
硅基集成光学器件更是以低成本、高性能、工艺稳
定等特点占据了商用集成光学器件的绝大部分市
场，所以，二氧化硅基波导器件的研究成为集成光
学领域的研究重点。目前，二氧化硅集成光学器件 的研究主要集中于器件制备工艺的研究，作为器件
制作工艺的基础——二氧化硅基波导薄膜的制备
更是成为研究的重中之重。本文总结了目前制备
二氧化硅基波导薄膜的各种制备工艺，并对各种工
艺的原理、特点和应用现状进行了详细的介绍。
２二氧化硅基波导薄膜的制备方法
２．１等离子增强化学气相沉积法ＩＰＥＣＶＤ）ＬＩ
用ＰＥＣＶＤ沉积二氧化硅通常用Ｓｉｌｌ ，Ｏ ，
Ｎ：０或ＣＯ 在等离子状态下反应，Ｎｚ０经过电
子碰撞分解产生分子氧（或原子氧），与硅烷发生
氧化反应形成Ｓｉ０ ，反应温度通常为３５０℃。反
应中可加入Ｂ、Ｐ、Ｇｅ等以调节其折射率。用
ＰＥＣＶＤ法沉积Ｓｉ０ 薄膜的基本反应如下：
ＳｉＨｌ（ｇ）＋Ｎ２Ｏ（ｇ）－－￣ＳｉＯｚ（ｓ）＋Ｎ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ） ＰＥＣＶＤ具有以下优点：反应温度低，对高深
SiO2薄膜制备的现行方法综述
SiO2薄膜制备的现行方法综述
在导电基体上制作薄膜传感器的过程中，需要在基体与薄膜电极之间沉积一层绝缘膜。二氧化硅薄膜具有良好的绝缘性能，并且稳定性好，膜层牢固，长期使用温度可达1000℃以上，应用十分广泛。通常制备SiO2薄膜的现行方法主要有磁控溅射、离子束溅射、化学气相沉积、热氧化法、凝胶－溶胶法等。本文系统阐述了各种方法的基本原理、特点及适用场合，并对这些方法做了比较。
正文：SiO2 薄膜以其优异的性能在半导体、微波、光电子、光学器件以及薄膜传感器等领域获得了广泛的应用。在微电子技术中SiO2膜被用作扩散掩蔽层、MOS器件的绝缘栅、多层布线的绝缘隔离层以及器件表面的钝化保护层等。SiO2膜还以其折射率低（n=1.458）、透光性好的特性用于光学零件的表面防护以及减反射涂层。此外SiO2膜具有良好的绝缘性、稳定性和机械特性，硬度高、结构精细、膜层牢固、抗磨耐腐蚀、熔点高而用于多层薄膜传感器的绝缘层。为此，多年来人们对SiO2膜制作方法及性能等进行了广泛的研究。对于应用于微电子技术和传感器技术中的SiO2膜，人们关心的是SiO2薄膜的介电常数、击穿场强、绝缘电阻、固定电荷和可动电荷密度等电性能指标。应用于光学镀膜领域的SiO2膜，人们更关心膜层的折射率、消光系数及透明区间等光学性能指标。通常制备SiO2薄膜现行方法主要有磁控溅射、离子束溅射、化学气相沉积(CVD)、热氧化法、凝胶- 溶胶法等。
1、SiO2薄膜的制备方法
1.1、磁控溅射
磁控溅射自1970年问世以来，由于其沉积速率快、衬底温度低、薄膜厚度的可控性、重复性及均匀性与其它SiO2薄膜制备方法相比有明显的改善和提高，避免粉尘污染，以及溅射阴极尺寸可以按比例扩大等优点，已应用于从微电子器件到数平方米玻璃镀膜的诸多领域，并逐渐发展成为大面积高速沉积的主流方法。溅射的一般原理是将衬底承片台正对着靶，在靶和衬底之间充入氩气（Ar），由于电场作用气体辉光放电，大量的气体离子将撞击靶材的表面，使被溅射材料以原子状态脱离靶的表面飞溅出来，淀积到衬底上形成薄膜。磁控溅射中的正交电磁场，能使高能电子作螺旋运动，并被局限在阴极附近，这样将使辉光放电区被限制在阴极靶的邻近区域，从而避免了失效离子的产生，大大减小了电子对衬底表面直接轰击造成的损伤，增加了离化率，使工作气压可以大大降低。
4平面光波导工艺
2.平面光波导工艺
以上六种常用的PLC光波导材料中，InP波导、二氧化硅波导、SOI波导和聚合物波导以刻蚀工艺制作，铌酸锂波导和玻璃波导以离子扩散工艺制作，下面分别以二氧化硅波导和玻璃波导为例，介绍两类波导工艺。
二氧化硅光波导的制作工艺如图2所示，整个工艺分为七步：
1)采用火焰水解法（FHD）或者化学气相淀积工艺（CVD），在硅片上生长一层SiO2，其中掺杂磷、硼离子，作为波导下包层，如图2（b）所示；
2)采用FHD或者CVD工艺，在下包层上再生长一层SiO2，作为波导芯层，其中掺杂锗离子，获得需要的折射率差，如图2（c）所示；
3)通过退火硬化工艺，使前面生长的两层SiO2变得致密均匀，如图2（d）所示。
4)进行光刻，将需要的波导图形用光刻胶保护起来，如图2（e）所示；
5)采用反应离子刻蚀（RIE）工艺，将非波导区域刻蚀掉，如图2（f）所示；
6)去掉光刻胶，采用FHD或者CVD工艺，在波导芯层上再覆盖一层SiO2，其中掺杂磷、硼离子，作为波导上包层，如图2（g）所示；
7)通过退火硬化工艺，使上包层SiO2变得致密均匀，如图2（h）所示。
二氧化硅波导工艺中的几个关键点：
1)材料生长和退火硬化工艺，要使每层材料的厚度和折射率均匀且准确，以达到设计的波导结构参数，尽量减少材料内部的残留应力，以降低波导的双折射效应；
2)RIE刻蚀工艺，要得到陡直且光滑的波导侧壁，以降低波导的散射损耗；
3)RIE刻蚀工艺总会存在Undercut，要控制Undercut量的稳定性，作为布版设计时的补偿依据。
图2. 二氧化硅光波导的制作工艺
玻璃光波导的制作工艺如图3所示，整个工艺分为五步：
1)在玻璃基片上溅射一层铝，作为离子交换时的掩模层，如图3（b）所示；
2)进行光刻，将需要的波导图形用光刻胶保护起来，如图3（c）所示；
光敏性杂化SiO2波导薄膜的制备、表征及应用
王碉等：光敏性杂化ＳｉＯ２波导薄膜的制备、表征及应用
光敏性杂化ＳｉＯ２波导薄膜的制备、表征及应用木
王 碉，吴远大，李建光，安俊明，王红杰，张家顺，尹小杰，胡雄伟
（中国科学院半导体研究所光电子研究发展中心，北京１０００８３）
摘要： 利用有机，无机杂化方法制备了光敏性溶胶一凝
胶（ｓｏｌ－ｇｅ１）ＳｉＯ２材料，在预生长了ｌ８岬厚的ＳｉＯ２上包层
的硅基片上旋涂成膜。经前烘、紫外曝光、后烘的薄膜
在５岬×５ｋｔｍ的扫描范围内的表面粗糙度只有０．２６６ｎｍ，
表面起伏度只有０．３３６ｎｍ。利用紫外光直写技术，制作
出条形波导器件．ＳＥＭ照片表明波导端面形状较好，侧
壁陡直．对ｌ×４多模干涉型分束器进行初步的通光测
试，观察到分光效果较好的近场输出图像。
关键词： 溶胶一凝胶；紫外光直写；杂化；光波导；分
束器
中图分类号：０４８４ 文献标识码：Ａ
文章编号： １００ｌ一９７３ｌ（２００７）增刊一０３２７—０３
１ 引 言
硅基二氧化硅薄膜是集成光电子应用领域的一种
重要的基础材料，可以用于制备各种光波导器件，它具
有与光纤模场匹配良好、耦合损耗低、便于光电子集成
等优良特性【】】。利用有机，无机杂化溶胶一凝胶（ｓｏ１一ｇｅ１） 技术［２－４］制备ＳｉＯ２材料，是在合成过程中掺入有机成分，
有机网络与无机网络在纳米或分子尺度上相互杂化，形
成的凝胶网络更具有柔韧性，降低了在热处理时开裂的
可能，解决了传统无机溶胶一凝胶方法中，制备ＳｉＯ２波
导薄膜材料工艺过程繁琐且热处理时薄膜容易龟裂的
问题；通过调节有机溶剂的用量，能够实现薄膜厚度可
控，且一次涂布即可达到厚度数微米的要求；通过调节
金属有机物的掺杂量，能够实现薄膜折射率可控；并且
可以在杂化材料中加入光敏剂，通过控制紫外光曝光时
间及热处理温度和时间亦可对折射率和厚度加以调节。
利用掩模版，紫外光曝光就可直接形成光波导器件。与
传统的光波导制备技术相比，紫外光直写（ＵＶ—ｌｉｇｈｔ