[發明專利]一種制備聚合物光波導的方法

無效

• 申請號: 200810092900.8
• 申請日: 2006-08-07
• 公開（公告）號: CN101609180A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 曾曉雁;王澤敏;李祥友;李金洪;董林紅;朱大慶
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G02B6/138
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于光電子器件的制造領域，具體涉及一種制備聚合物光波導的方法。

背景技術

平板與條形光波導是光學系統小型化、集成化需求下的產物。每年都有大量有關波導材料、器件原理與結構設計、工藝方法與測試技術以及系統應用等方面的新成果研究報道，尋求低損耗以及用于單片集成的波導材料和相應的制造工藝一直為人們所關心。

傳統的SiO₂平面波導制備技術具有損耗低、穩定性好的優點，一直作為制備光波導的主流材料之一。但是，由于制備過程中高溫工藝引起的材料雙折射，使得SiO₂基器件通常具有大的偏振依賴性。同時，SiO₂的熱光系數較小，無法制作數字熱光開關，更不能制作電光調制器件等。新型聚合物材料是目前平面波導技術研究和發展的一個方向。與SiO₂相比，聚合物材料通常具有較大的熱光系數和電光系數，可以制作低串擾、低偏振依賴性、帶寬大的數字光開關等。

與傳統的無機光波導材料相比，有機聚合物光波導材料具有較高的電光耦合系數、較低的介電常數、較短的響應時間和較小的熱損耗等特點。而且，用聚合物材料來制作光波導，加工工藝簡單，無須高溫加熱處理，只要通過勻膠、光刻等工藝即可制得復雜結構的光電集成器件，且所制備的器件輕巧、機械性能好，適用于制作大型光學器件和撓性器件。聚酰亞胺(PI)是目前電子材料中最有發展前途的有機高分子材料之一(見“含氟聚酰亞胺高分子光波導工藝的研究”，梁東波，陳抱雪，袁一方?上海理工大學學報Vol25?No3?2003)，其優異的綜合性能可滿足微電子工業對材料的苛刻要求，因此受到工業界與科技界的廣泛重視。

在聚合物光波導的制作工藝方面，傳統的聚合物光波導制備工藝是先在干凈的硅片上旋涂一層聚合物薄膜，高溫處理使薄膜固化，然后采用磁控濺射技術在制備好的聚合物薄膜上沉積一層金屬膜。所需的微圖形通過傳統的光刻技術轉移到金屬膜上，具體的光刻工藝包括前處理、勻膠、前烘、對準、曝光、顯影、堅膜、腐蝕、去膠等眾多步驟。光刻完畢后就進行ICP(感應耦合等離子體)刻蝕。在ICP刻蝕中受光刻膠保護留下的金屬微圖形膜被用作掩膜層，保護其下的聚合物層免受等離子體的轟擊。未被保護的聚合物在等離子體的轟擊下去掉，形成所需要的聚合物微結構層(同時注意控制ICP刻蝕時間，以免等離子體轟擊破壞下包層)，再采用腐蝕劑將金屬微圖形膜腐蝕掉，剩下的具有微圖形結構的聚合物層即成為波導材料的芯層。最后在制作好的波導芯層上旋涂聚合物上包層，加熱處理使上包層固化，就形成了光波導層。

上述傳統的光波導制備技術工藝穩定，所制備的光波導層質量高，在大規模生產中具有較大的優勢。不足之處在于：所需要的裝備昂貴、制造工序多、貴重材料浪費多、環境污染大、柔性化程度低、制作周期長和成本高等。特別是對于小批量生產而言，上述過程顯然導致制造成本的大幅度上升。

為了彌補現有傳統光波導制造技術的不足，1990年以來，人們開發了各種直寫技術(Direct?Writing)，如微細筆直寫、金剛石刀具直寫、激光直寫、激光微細熔覆直寫等。由于直寫技術一般具有CAD/CAM功能，無需掩膜就可實現柔性化制造，且加工精度高，速度快，無污染，成本低。并且，直寫技術能夠使得設計人員足不出戶就可以在數小時內將軟件設計圖形加工成實際的產品，滿足小批量、多品種的電子產品制造要求，因此在微機械、微器件與生物芯片的制造、材料原位合成等領域逐漸實現了工業化應用。

在上述直寫技術中，具有代表性的技術是微細筆直寫電子元器件技術。它主要是采用特殊設計的微細筆，利用工作臺的CAD/CAM功能，直接將電子漿料置放于基板表面的指定位置，形成線路板或者功能元器件的過程。關于Micropen直寫布線的具體設計方法詳見美國專利：“Carl?E，Drumheller.Inking?System?for?Producing?Circuit?Patterns.US?Patent4485387，1984.”

發明內容

本發明的目的是提供一種制備聚合物光波導的方法，該方法工藝簡單，制作過程簡單方便。

本發明提供的一種制備聚合物光波導的方法，其步驟包括：

(1)在Si襯底上旋涂厚度為5～8μm的聚合物材料作為下包層，或者在Si襯底上生長一層厚度為5～8μm的SiO₂作為下包層，聚合物材料的折射率為1.4～1.6；

(2)采用專用直寫裝置根據所設計的芯層圖案按照軌跡將另一種聚合物材料直寫在下包層上；