[发明专利]一种倒三角形波导结构的M-Z型聚合物热光开关及其制备方法

摘要

一种倒三角形M‑Z型波导结构的聚合物热光开关及其制备方法，属于光波导型热光开关制备技术领域。具体包括制备带有间隔层的掩膜板，采用间隔掩模版对光波导芯层进行光写入，而后旋涂上包层材料、蒸发金属膜、旋涂光刻胶、对版光刻、显影制备电极图形，而后解理即可实现在衬底上制备倒三角形M‑Z型波导结构的聚合物热光开关。倒三角形结构波导相比矩形结构波导更容易实现单模，可在短波长实现单模波导，解决M‑Z型开关在短波长消光比低的问题。本发明采用光漂白的方法制备波导，波导的芯层和包层不存在互溶，且表面光滑平整，降低了波导的散射损耗。本发明工艺流程简单，可大幅提升波导器件的制备效率，且光写入的方法具备良好的制备精度。

主权项

1.一种倒三角形波导结构的M‑Z型聚合物热光开关的制备方法，其步骤如下：(1)厚度0.5～100μm的间隔层掩模版(10)的制备用二氧化碳激光器(1)在垂直基底表面切割出矩形结构聚合物基底(2)；在聚合物基底(2)上真空蒸镀20～200nm厚的铝膜(3)，在铝膜(3)上旋涂正性或负性光刻胶，固化后得到0.5～2μm厚的光刻胶薄膜(4)；采用光刻掩模版(5)对光刻胶薄膜(4)进行掩膜曝光，光刻掩模版(5)的结构与M‑Z型波导结构相同或与M‑Z型波导结构互补，M‑Z型波导的宽度为2～100μm；去除光刻掩模版(5)，将曝光的聚合物基底(2)和铝膜(3)置于光刻胶显影液中显影，显影后用去离子水冲洗，即在聚合物基底(2)上得到M‑Z型波导结构的光刻胶波导图形(6)；采用热板或烘箱对光刻胶进行后烘，而后置于质量分数为4‰～10‰的氢氧化钠溶液中去除未被光刻胶波导图形(6)覆盖的铝膜(3)，在光刻胶波导图形(6)下面得到M‑Z型波导结构的铝波导图形(7)；再次曝光之后置于去胶剂中，去除光刻胶波导图形(6)，后烘后在聚合物基底(2)上得到铝波导图形(7)；在铝波导图形(7)的表面旋涂光敏性聚合物材料，形成厚度0.5～100μm的光敏聚合物间隔层薄膜(8)，而后固化光敏性聚合物；对固化后的光敏聚合物间隔层薄膜(8)进行掩膜曝光，采用长度小于聚合物基底(2)长度、宽度大于聚合物基底(2)宽度的硅片(9)作为掩膜版，硅片(9)放置在聚合物薄膜(8)上；曝光后经后烘、显影去掉未曝光的光敏性聚合物，从而在聚合物基底(2)上得到两端有光敏性聚合物矩形结构凸起、中间露出铝波导图形(7)的间隔层掩模版(10)；(2)三角形波导的制作将生长有厚度为2～5μm二氧化硅层的矩形硅片作为衬底(11)，在二氧化硅层表面旋涂光敏性聚合物芯层材料，形成芯层薄膜(12)，而后固化光敏性聚合物芯层材料；采用间隔层掩模版(10)对芯层薄膜(12)进行掩膜曝光，间隔层掩模版(10)两端的光敏性聚合物矩形结构凸起与芯层薄膜(12)的上表面相接触；曝光后再在烘箱或热板上后烘，降至室温后在衬底(11)上得到具有倒三角形波导的M‑Z型结构的芯层薄膜(13)；(3)旋涂上包层材料在具有倒三角形波导的M‑Z型结构的芯层薄膜(13)上旋涂聚合物上包层材料，固化后形成厚度为2～10μm的聚合物上包层(14)；(4)制备电极在聚合物上包层(14)上真空蒸镀厚度为20～200nm的铝膜(15)，再在铝膜(15)上旋涂光刻胶，固化后得到1～10μm厚的光刻胶薄膜(16)；再采用电极掩模版对光刻胶薄膜(16)进行对版曝光，电极掩模版为三段式结构，由有效加热区(a')、输入和输出区(b')和金属加热电极引脚区(c')三部分组成；使电极掩模版的有效加热区与M‑Z型波导结构的一个干涉臂对应，电极加热区位于该干涉臂正上方，有效加热区中心线与该干涉臂中心线重合，对版后进行光刻而后显影；显影后在铝膜(15)上得到光刻胶电极图形(17)，采用热板或烘箱对光刻胶进行后烘，再在质量分数4‰～10‰的氢氧化钠溶液中去除未被光刻胶电极图形(17)覆盖的铝膜(15)，在光刻胶电极图形(17)下层得到铝电极(18)；而后将带有光刻胶电极图形(17)和铝电极(18)的硅片整体曝光，之后置于去胶剂中去除铝电极(18)上的光刻胶电极图形(17)；而后用去离子水冲洗，烘箱或热板后烘后即在聚合物上包层(14)上得到铝电极(18)；(5)解理端面：最后垂直于光波导方向进行切割解理，即得到倒三角形波导结构的M‑Z型聚合物热光开关。