[發明專利]光電子器件和光子器件

無效

• 申請號: 00805412.6
• 申請日: 2000-03-22
• 公開（公告）號: CN1345421A
• 公開（公告）日: 2002-04-17
• 發明（設計）人: 希拉里·S·拉克瑞茨;托尼·C·科瓦爾奇克;李永正;戴維·A·G·迪肯
• 申請（專利權）人: 杰姆法爾公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王維玉,丁業平

發明背景

本發明涉及光學或光子元器件，更具體為涉及由聚合物形成的光電子器件。

已知集成的光學器件(即，波導管、開關、連接線等)是由聚合物材料制造的，該聚合物材料的玻璃化轉變溫度(Tg)比器件的操作溫度范圍高得多。玻璃化轉變溫度是聚合物主鏈發生明顯的局部運動的溫度范圍。Tg通常被定義為大約10個主鏈單位的協同運動，或粘度為10¹⁴泊，或熱容的二級相變。體積隨溫度而變化的速率的斜率發生變化的溫度被認為是玻璃化溫度，或軟化點。對圖1和圖2所說明的粘彈性和特性的詳細描述見G.B.McKenna，第10章，綜合聚合物科學(Comprehensive?Polymer?Science)，第2卷，由C.Booth和C.Price，編寫，Permagon?Press，Oxford(1989)。

當交聯鍵之間的分子量足以允許主鏈單元的協同運動時，交聯的物質顯示玻璃化轉變。因此，交聯度低的物質會表現出玻璃化轉變；而交聯度高的物質則不會。

在Tg以下，由于有限量的鏈段運動，聚合物質達不到平衡。熱力學(熵)效應仍然使變化趨于平衡，但如果溫度遠遠低于Tg，變化將以在所感興趣的時間范圍內(本案中指觀察期)看不到實驗表現的緩慢速率發生。

過去之所以選擇具有高Tg的材料有幾方面的原因，包括與電子加工和包裝的兼容性，維持加入到材料中的生色團的取向以及環境和性能的穩定。使用高Tg材料(具有高于成套器件中的材料的操作溫度的Tg材料)保證器件在聚合物片段的局部運動受到明顯限制的區域工作并且材料在玻璃態使用。在最早開發的用于光電子器件的聚合物膜中，據認為使用高Tg材料是必需的。“例如，許多早期研究的EO聚合物，不論是客體-主體型還是側鏈型，均以熱塑性丙烯酸酯化學為基礎并且玻璃化轉變溫度為100-150℃。這一低Tg導致聚合物鏈的高擴散速率以及在環境溫度下運轉5年至少10％偏振狀態光學性質的改變。這么快速的變化是動態過程的自然結果，通過該動態過程，玻璃態聚合物在接近Tg下運轉，發生物理老化和松弛從而降低了應力并減少了自由體積。當研究更高的操作溫度(125℃)時，光學性質的穩定性變得更差。”(摘自R.Lytel等人的評論論文，用于光波和集成光學器件的聚合物(Polymers?for?Lightwave?and?IntegratedOptics)，L.A.Hornak編著，Marcel?Dekker?1992，460頁)。

為集成光電子設備所開發的高玻璃化轉變溫度材料包括由Hoechst，杜邦(DuPont)，阿莫科(Amoco)及其他公司開發的聚酰亞胺材料(玻璃化轉變范圍為250℃至適當高于350℃)以及由日立化學(Hitachi?Chemical)開發的聚喹啉(Tg高于250℃)。指導研究者的假設是：“此類波導管的優先性質是具有高度的熱穩定性以與高性能的電子器件構造兼容。氟化的聚酰亞胺具有高于335℃的高玻璃化轉變溫度，并且對包括焊接(約270℃)在內的集成電路加工過程具有熱穩定性。(T.Matsuura等人，Elect.Lett.29?2107-2108(1993))。

對用于熱-光轉換開關的聚合物的要求由R.Moosburger等人報道(Proc.21^st?Eur.Conf.On?Opt.Comm.(ECOC95-Brussels)1063-1066頁)。“由于其固有的低光損失，在高于350℃下熱穩定，低吸濕性以及優良的平面化性能，選擇用可購買到的高溫(Tg＞350℃)穩定的聚合物CYCLOTENE^TM....CYCLOTENE^TM制造在1.3μm波長下的低損失開關。”

對被動式光學互連聚合物的要求由DuPont為其Polyguide^TM材料體系在R.T.Chen等人的SPIE?Vol.3005(1997)238-251頁中報道，“高Tg和低熱膨脹系數(CTE)聚合物通過其完全控制Poluguide^TM的結構性質而提供熱-力學和環境穩定性以及性能的穩定。”DuPont使用乙酸丁酸纖維素(CAB)材料，如美國專利5,292,620和5,098,804的描述。