#P-25


Falowody dla średniej podczerwieni w podwieszanym azotku krzemu

Marcin JUCHNIEWICZ, Michał GOLAS, Mateusz SŁOWIKOWSKI, Maciej FILIPIAK, Bartłomiej STONIO, Dagmara DRECKA, Michał JAROSIK

Politechnika Warszawska, Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT, ul. Poleczki 19, 02-822 Warszawa

Fotoniczne układy scalone (ang. PICs) znajdują coraz szersze zastosowanie w czujnikach fotonicznych takich jak czujniki pracujące w średniej podczerwieni. Dwie najpopularniejsze platformy fotoniczne średniej podczerwieni wykorzystują krzem na izolatorze (dł. fali do ok. 8 µm) oraz german na krzemie (dł. fali do ok. 15 µm) [1, 2], przy czym obie wykorzystują stosunkowo trudnodostępne i drogie podłoża. Alternatywą może być znacznie tańszy azotek krzemu (SiN), który posiada okno transmisji sięgające 6,7 µm [3]. W praktyce typowy układ fotoniczny oparty o SiN wykonany jest z falowodu SiN otoczonego ditlenkiem krzemu (SiO2), który wykazuje silną absorpcję w zakresie średniej podczerwieni.

Modyfikacja tego typu konstrukcji polega na wyeliminowaniu SiO2 przez podwieszenie falowodu w powietrzu. Schemat takiego falowodu przedstawiono na rys. 1: falowód otoczony jest z góry i z dołu powietrzem, a z boków jest podtrzymywany za pomocą żeber o wymiarach znacząco mniejszych niż długość prowadzonej fali.

Wytworzenie podwieszanych falowodów z SiN wymaga kilku etapów technologicznych. Pierwszym jest przygotowanie podłoża przez wytworzenie warstwy SiN o określonych właściwościach (grubość, wsp. załamania, chropowatość itp.). Następnie wykonywana jest twarda maska do trawienia. Wykorzystuje się do tego warstwę chromu, w której wykonywany jest wzór za pomocą trawienia suchego poprzedzonego litografią elektronową. Następnie wykonywane są jeszcze dwa procesy trawienia suchego: anizotropowe trawienie falowodu w SiN oraz izotropowe trawienie krzemu pod falowodem SiN (podwieszanie falowodu). Po tych etapach pozostaje usunięcie twardej maski chromowej, którą trawi się na mokro. Przykład otrzymanej struktury wraz ze schematem budowy przedstawiono na rys. 1.



Rys. 1. Obraz SEM i schemat przełomu otrzymanego podwieszanego falowodu.


Literatura
[1] J. M. Fedeli and S. Nicoletti, “Mid-Infrared (Mid-IR) Silicon-Based Photonics,” Proc. IEEE, vol. 106, no. 12, pp. 2302–2312, 2018, doi: 10.1109/JPROC.2018.2844565.
[2] D. Marris-Morini et al., “Germanium-based integrated photonics from near- to mid-infrared applications,” Nanophotonics, vol. 7, no. 11, pp. 1781–1793, 2018, doi: 10.1515/nanoph-2018-0113.
[3] P. Muñoz et al., “Silicon nitride photonics: from visible to mid-infrared wavelengths,” vol. 10537, p. 9, 2018, doi: 10.1117/12.2287421.