[發明專利]石墨烯摻雜梯形包層的MZI型光波導混合集成熱光開關及其制備方法

有效

• 申請號: 201910762017.3
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110441861B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 衣云驥;呂佳文;曹悅;林柏竹;楊悅;孫小強;王菲;張大明
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B6/138
• 分類號: G02B6/138;G02B6/13;G02F1/01
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

1.一種石墨烯摻雜梯形包層的MZI型光波導混合集成熱光開關的制備方法，其步驟如下：

(1)襯底的選擇及清洗；

將硅基二氧化硅作為襯底(1)，首先將襯底用丙酮溶液清洗以去除襯底表面的有機雜質，然后使用乙醇溶液清洗襯底以去除殘留的丙酮溶液，最后使用去離子水反復沖洗襯底，去除襯底表面的乙醇溶液，再吹掉基片表面的去離子水；

(2)制備波導芯層；

在二氧化硅層表面旋涂光敏性聚合物芯層材料，旋涂的轉速為2000～5000r/min，旋涂時間為20～60s；之后在恒溫平臺上進行前烘，前烘溫度為60～90℃，前烘時間為30～60min，前烘后在二氧化硅層表面得到厚度1～100μm的光敏性聚合物芯層薄膜(2)；

采用與需要制備的MZI型光波導的結構相同或互補的光刻掩模版(3)對芯層薄膜(2)進行紫外曝光，曝光強度為20～200mW/cm²，曝光時間為4～300s，曝光波長為360～370nm；曝光后在恒溫平臺上進行后烘，后烘溫度為60～90℃，后烘時間為30～60min；然后置于顯影液中進行顯影，濕法刻蝕除掉部分曝光或未曝光的芯層薄膜(2)，之后用去離子水沖洗；再對剩下的芯層薄膜(2)進行堅膜，堅膜溫度為60～150℃，堅膜時間為30～60min；最后降至室溫，從而在襯底(1)上得到截面為矩形的MZI型光波導芯層(4)，芯層寬度為3～10μm，高度為2～10μm；

(3)旋涂上包層材料；

在MZI型光波導芯層(4)上高速旋涂聚合物上包層材料，旋涂的轉速為2000～10000r/min，旋涂時間為20～60s，之后在恒溫平臺上進行固化，固化溫度為100～140℃，固化時間為10～120min，固化后形成梯形的厚度h₁為0.5～3μm、厚度h₂為1～8μm的聚合物上包層(5)；其中h₁為MZI型光波導芯層(4)的正上方位置處的聚合物上包層(5)的厚度，h₂為MZI型光波導芯層(4)的兩側位置處的聚合物上包層(5)的厚度；

(4)制備電極；

在聚合物上包層(5)上真空蒸鍍厚度為20～200nm的鋁電極膜(6)，再在鋁電極膜(6)上旋涂光刻膠，預勻轉速為300～600r/min，旋涂時間為4～6s，然后轉速為2000～5000r/min，旋涂時間為20～60s；之后放在恒溫平臺上進行固化，固化溫度為60～90℃，固化時間為30～60min，固化后在鋁電極膜(6)上得到光刻膠薄膜(7)；再采用電極掩模版(8)對光刻膠薄膜(7)進行對版曝光，得到鋁電極(9)；

電極掩模版(8)為三段式結構，由有效加熱區、輸入和輸出區、金屬加熱電極引腳區三部分組成；其中輸入和輸出區、金屬加熱電極引腳區均為二個，金屬加熱電極引腳區分別記為第一金屬加熱電極引腳區和第二金屬加熱電極引腳區；輸入和輸出區與有效加熱區相垂直，輸入區、第一金屬加熱電極引腳區、有效加熱區、第二金屬加熱電極引腳區、輸出區依次連接；輸入和輸出區在有效加熱區同側，有效加熱區的長度L₁為1～3cm、寬度W₁為10～50μm；輸入和輸出區的長度L₂為50～200μm、寬度W₂為0.3～1cm；金屬加熱電極引腳區的長度L₃為2000～5000μm、寬度W₃為500～1500μm；

(5)解理端面；

最后垂直于光波導方向進行切割解理，即得到石墨烯摻雜梯形包層的MZI型光波導混合集成熱光開關。

2.如權利要求1所述的一種石墨烯摻雜梯形包層的MZI型光波導混合集成熱光開關的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述的光敏性聚合物芯層材料為正性光敏材料或負性光敏材料，正性光敏材料為BP212或BP218，負性光敏材料為SU-8-2002或SU-8-2005。