СВЧ-ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛАНАРНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА

April 14, 2012 by admin Комментировать »

Григорьянц В. В., Кочмарев Л. Ю., Шилов И. П. Институт радиотехники и электроники РАН 141120, г. Фрязино, пр. Введенского, 1 Тел.: (095) 5269190,e-mail: ipshilov@mtu-net.ru

Аннотация – Методом СВЧ-плазмохимического осаждения при пониженном давлении получены планарные волноводные структуры на основе кварцевого стекла с повышенной апертурой и малыми потерями для волоконно- оптических систем педачи информации (воспи).

I.  Введение

В настоящее время планарные оптические волноводы (ПОВ) на кремниевых и кварцевых подложках широко применяются в MOEMS-технологиях, интегрально-оптических датчиках, в компонентах оптической связи, в частности в пассивных и активных оптических разветвителях.

В большинстве случаев для формирования ПОВ используются методы парофазного химического осаждения (CVD), осаждения пламенным гидролизом (FHD), ВЧ-плазменным химическим парофазным осаждением (PECVD). При этом волноводные структуры базируются преимущественно на ЭЮ2-слоях отражающей оболочки и слоях сердцевины из нитрида кремния (Si3N4) или оксинитрида кремния (Si- OxNy), а также из легированного кварцевого стекла (Si02Ge02). Однако при формировании волноводных слоев перечисленными методами возникают значительные внутренние напряжения. Это не позволяет создавать волноводные структуры с достаточно высокой апертурой (более 0,25) и с поперечными размерами волноводной области, обеспечивающими эффективное согласование со стандартными многомодовыми волокнами с диаметром сердцевины 50 и 100 мкм.

В настоящей работе представлены результаты разработки технологии и исследования оптических характеристик высокоапертурных ПОВ на основе Si02-F|Si02|Si02-F-CTpyKTyp, формируемые в плазме СВЧ-разряда пониженного давления. Показана возможность применения полученных планарных волноводов в качестве световодного смесительного элемента в многоканальных оптических разветвителях типа Л/x/V (Л/-число входных и выходных каналов), используемых в волоконно-оптических системах передачи информации (ВОСПИ).

II.  Основная часть

Формирование ПОВ производилось путем осаждение слоев чистого и легированного фтором Si02Ha подложки из кварцевого стекла с размерами 60x10x1 мм в плазмохимическом реакторе (кварцевая труба с внутренним диаметром 14 или16 мм) с помощью опытной СВЧ-плазмохимической установки разработки ФИРЭ РАН.

СВЧ-генератор имел колебательную мощность 2,5 кВт и был настроен на рабочую частоту 2,45 ГГц.

Плазмохимический реактор (ПХР) совершает вдоль СВЧ-разряда возвратно-поступательные перемещения, в результате чего после каждого прохода на подложку осаждается тонкая прозрачная пленка стекла толщиной 0,1-0,5 мкм. Осаждение слоя стекла на подложки происходит в результате гетерогенной плазмохимической реакции в СВЧ- разряде при взаимодействии плазмы с потоком парогазовой смеси, поступающей от химического блока с галогенидами. Для дегазации хлора из осажденного стекла трубка разогревалась печью сопротивления до температуры 1100-1300 С. Показатель преломления состава Si02-F существенно ниже, чем у чистого кварцевого стекла, что дает возможность изготавливать ПОВ состава Si02-F/Si02c повышенной апертурой.

Для оптимизации процесса осаждения фторсили- катного стекла нами были апробированы различные фторреагенты. Самым эффективным фторагентом оказался фреон-218 (C3F8). На рис.1 показана зависимость концетрации фтора в стекле (выраженная через числовую апертуру структуры Si02 /Si02-F) от расхода фреона в газовой фазе для различных плазмотронов (резонаторный, волноводный с шириной узкой стенки 34 и 20 мм). Как следует из рисунка, использование фреона-218 обеспечивает достижение числовой апертуры вплоть до 0,28 при использовании волноводного плазмотрона с шириной узкой стенки 20 мм и расходе фреона 6 см3/мин. Увеличение же расхода свыше 8 см3/мин приводит к тому, что процесс травления начинает превалировать над процессом осаждения легированного кварцевого стекла.

На рис.2 представлено схематическое изображение структуры торцевого участка планарного волновода, включающего волноводный слой чистого Si02толщиной 100 мкм с показателем преломления

1,           456, два фторсиликатных отражающих слоя толщиной 15 мкм и показателем преломления 1,425 и буферный слой Si02толщиной 5 мкм.

III.  Заключение

На основе полосковых волноводов, были изготовлены разветвители с матрицей передачи 16×16, предназначенные для распределения мощности в волоконно-оптических системах информационого обмена. Структура разветвителя образуется путем соединения полоскового волновода с торцевыми участками уложенных в ряд оптических волокон с диаметром сердцевины 100 мкм и числовой апертурой 0,28. Коэффициент затухания изготовленных образцов составлял менее 0,005 дБ/см при числовой апертуре (измеренной по уровню 0,1) NA = 0,28.

MICROWAVE PLASMOCHEMICAL DEPOSITION OF THE PLANAR WAVEGUIDE STRUCTURES ON THE BASE OF SILICA GLASS

Рис. 1. Зависимость числовой апертуры формируемых волноводов от расхода фреона в газовой фазе для СВЧ-плазмотронов: резонаторного типа (1) и волноводного типа с сечением 72*20 мм2 (2) и 72*34 мм2 (3),

Fig. 1. Relation of numerical aperture of a formed waveguides vs. Freon flow-rate in the gas phase for SHF- plasmotrone of resonator-type (1) and waveguide-type with its section of 72*20 mm2 (2) and 72*34 mm2 (3)

Grigorjantz V. V., Kochmarev L. Yu., Shilov I. P. Institute of Radioengineering and Electronics, Russian Academy of Sciences Vvedensky Sq., 1, Frjasino, 141120, Russia

Abstract – Quartz-quartz planar waveguides with fluorine cladding and pure silica glass core were produced by the microwave plasmochemical deposition method at low pressure.

I. Introduction

Рис. 2. Структура торцевого участка ПОВ. Fig. 2. Structure of POW face plate

Nowadays planar optical waveguides (POW) on silicon and silica substrates have applications for integrated sensors, optical communications and MOEMS-technologies. Most of the published works are based on the depositing pure silica for the cladding layers and doped silica, silicon nitride or silicon oxini- tride for the core layer. However the intrinsic stress in these structures has the great value. In this paper investigations of high aperture Si02|Si02-F-P0W optical characteristics and plasmochemical parameters are presented.

II.           Main part

POW formation has been produced by deposition of pure SiO 2 -core and Si02-F-claddings on the silica glass substrates (60x10x1 mm). For this purpose the microwave plasmochemical set (IRE RAS, Frjazino branch) has been used. Power and frequency of the microwave generator was 2.5 kW and 2.45 GHz, correspondingly. The microwave plasmotron excites a discharge of non-isothermic plasma at the low pressure and the plasmochemical reactor (PCR) moves along the plasmotron to and fro. The initial reagents are supplied from the chemical unit. The pure optical layer (0.1 – 0.5 micron thickness) is deposited for each PCR transference. For the chlorine removal from the deposited glass layers PCR is heated by a resistance furnace to the temperature 1100-1300 °C. It should be noted that the most efficient fluorine-containing reagent is freon-218 (C3F8). Fluorine concentration in the deposited glass as a function of Freon concentration is shown in Fig. 1. Fig. 2. depicts the basic structure of produced POW where the core is SiO

2 layer with refractive index 1.456 and two Si02-F-cladding layers with refractive index 1.425

III.         Conclusion

The optical couplers with 16×16 matrix on the base of Si02– F|Si02|Si02-F-P0W were fabricated. Coupler structure is produced by means of connection between strip-loaded planar waveguide and silica optical fibers with core diameter of 100 microns and numerical aperture 0.28. The waveguide propagation loss was about 0.005 dB/cm.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты