[發(fā)明專利]芯片上的球形光學(xué)微腔及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210397823.3
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102874741A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜校順;華士躍;肖敏
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微光學(xué)元件領(lǐng)域，具體涉及一種芯片上的球形光學(xué)微腔。

背景技術(shù)

球形光學(xué)微腔和微環(huán)芯一樣，是集成光學(xué)中的重要組成部件，將來在量子計算機(jī)、通訊、傳感、科學(xué)研究等很多領(lǐng)域會有重要應(yīng)用。目前芯片上的光學(xué)微腔制作工藝已經(jīng)成熟，但是主要是做微環(huán)芯。而大部分針對球形光學(xué)微腔的研究是利用熔融拉伸后的光纖頭制得。這種辦法雖然也能得到球形光學(xué)微腔，但是這種方法得到的球形光學(xué)微腔尺寸不易控制，也不利于實際應(yīng)用。

故，需要一種新的球形光學(xué)微腔以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)球形光學(xué)微腔的缺陷，提供一種芯片上的球形光學(xué)微腔以解決上述問題。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的芯片上的球形光學(xué)微腔可采用如下技術(shù)方案：

一種芯片上的球形光學(xué)微腔，所述球形光學(xué)微腔由錐形硅支撐。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的芯片上的球形光學(xué)微腔尺寸可控、易于集成和保存。

優(yōu)選的，所述球形光學(xué)微腔的直徑為10-150μm。

優(yōu)選的，所述錐形硅的上端截面直徑小于等于5μm。

本發(fā)明還公開了上述芯片上的球形光學(xué)微腔的制備方法。

本發(fā)明的芯片上的球形光學(xué)微腔的制備方法可采用如下技術(shù)方案：

一種芯片上的球形光學(xué)微腔的制備方法，包括以下步驟：

1）利用熱氧化方法處理硅的表面，制得2-6μm厚的二氧化硅層；

2）在步驟1）所得的二氧化硅層表面甩一層光刻膠，然后利用掩膜版依次進(jìn)行曝光、顯影，所述掩膜版的形狀為圓形；

3）將步驟2）得到的樣品放入HF溶液中進(jìn)行腐蝕處理，制得二氧化硅圓盤；

4）將步驟3）得到的二氧化硅圓盤用丙酮和異丙醇去除覆蓋在二氧化硅圓盤上的光刻膠，用蒸餾水清洗并烘干；

5）將步驟4）得到的烘干后的樣品放入XeF₂中進(jìn)行刻蝕，將支撐二氧化硅圓盤的柱子直徑刻蝕到5μm以下；

6）利用二氧化碳激光器加熱回流將二氧化硅圓盤熔融成球形。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明的芯片上的球形光學(xué)微腔的制備方法制得的芯片上的球形光學(xué)微腔尺寸可控、品質(zhì)因子高、易于集成和保存。

優(yōu)選的，步驟4）中所述烘干的溫度為105-120℃。

優(yōu)選的，步驟2）中所述掩膜版的直徑為80-400μm。其中，掩模版的圖案一般選擇80-400μm直徑的圓形，可以根據(jù)球形光學(xué)微腔的目標(biāo)尺寸來選擇合適的二氧化硅層的厚度和掩模版圖案的尺寸。

優(yōu)選的，步驟3）中所述腐蝕處理時間為15-80min。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的球形光學(xué)微腔的制備方法的基本工藝流程圖；

圖2是實施例1制得的球形光學(xué)微腔的電鏡圖；

圖3是實施例1制得的球形光學(xué)微腔的品質(zhì)因子圖；

圖4是實施例2制得的球形光學(xué)微腔的電鏡圖；

圖5是實施例2制得的球形光學(xué)微腔的品質(zhì)因子圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明的芯片上的球形光學(xué)微腔由錐形硅支撐，上面的球即二氧化硅材質(zhì)的球形光學(xué)微腔。其中，球形光學(xué)微腔直徑10-150μm。支撐球形光學(xué)微腔的錐形硅上端截面直徑小于等于5μm。

實施例1

圖1為本發(fā)明芯片上的球形光學(xué)微腔的基本工藝流程，包括以下步驟：

1）利用熱氧化方法處理硅的表面，制得2μm厚度的二氧化硅層；

2）在步驟1）所得的二氧化硅層表面甩一層光刻膠，然后利用掩膜版依次進(jìn)行曝光、顯影，所述掩膜版的形狀為圓形，其中，掩膜版的直徑為80μm；

3）將步驟2）得到的樣品放入HF溶液中進(jìn)行腐蝕處理15min，制得二氧化硅圓盤；

4）將步驟3）得到的二氧化硅圓盤依次用丙酮和異丙醇去除覆蓋在二氧化硅圓盤上的光刻膠，用蒸餾水清洗并烘干；其中，烘干溫度為105℃；

5）將步驟4）得到的烘干后的樣品放入XeF₂中進(jìn)行刻蝕，將支撐二氧化硅圓盤的柱子直徑刻蝕到5μm以下；

6）利用二氧化碳激光器加熱回流將二氧化硅圓盤熔融成球形。