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摘要通过光纤把外部光源引入ｓｏＩ集成光路时，为减少偶然因素对耦合效率的影响．需解决光纤定位问题，以及为提高多通道波导型器件、半导体激光器阵列、光开关阵列等与圯纤的耦合效率问题，作者利用单晶硅材料，设计并制作出具有高精度光纤定位功能的硅Ｖ型槽及其阵列。
本文围绕硅Ｖ型槽的设计和制作．从理论上详细分析了单模光纤与脊形波导的模式特点，得出最佳的耦合条件，在此基础上设计出最合适的硅Ｖ型槽结构。
在实践上．对制作工艺积极探索，提出新的制备硅掩蔽膜的工艺方案，对影响光刻质量的因素深入分析，试验摸索出适用于Ｖ型槽的各向异性湿法腐蚀的腐蚀液配方，独立优化设计了制作硅Ｖ型槽的相关３－艺，制作出高质量的硅Ｖ型槽。
并展示了它广阔的应用前景和科研产。
％的开发价值。
关键词：光纤定位，Ｖ型槽，掩蔽膜，各向是。
缈蚀ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｍｐｈａｓｉｓｉｓｐｕｔｏｌｌｉｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ～一ｇｒｏｏｖｅａｒｒａｙｓ．Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｗｅｕｓｅｉｓｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｍ·ｓｉｌｉｃｏｎ．ＳｉｌｉｃｏｎＶ—ｇｒｏｏｖｅｓｔｌｕｃｔｕｒｅｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｆｉｂｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．ＳｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｂｏｕｔｈｏｗｔｏｍａｋｅｌｉｇｈｔｉｎｔｏＳ０１ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙａｎｄｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｆｉｂｅｒｓｃａｎｂｅｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｍｏｄｅｔｈｅｏｒｙｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｍｏｄｅｆｉｂｅｒａｎｄｒｉｄｇｅｗａｖｅｇｕｉｄｅｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉＳｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｍａｋｅｓａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｙｗｉｔｈｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｌｏｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｏｎｅ．Ｍａｓｋ—ｍａｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｈｏｔｏｅｔｃｈｉｎｆｉａｎｄｗｅｔ—ｅｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．ＴｈｅａｕｔｈｏｒａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｖａｌｕｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎＶ—ｇｒｏｏｖｅａｒｒａｙｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｉｂｅｒｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｖｇｒｏｏｖｅ，Ｍａｓｋ，Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｅｔｃｈｉｎｇ．第一章绪论§１．１引言在人类进入信息社会的重要历史时期，发展信息产业已成为各发达国家着眼于２１世纪综合国力竞争的焦点，信息产业将是下世纪衡量和表现一个民族创造与发展能力、生存能力的重要领域。
基于CMOS平台的硅光子关键器件与工艺研究赵瑛璇;武爱民;甘甫烷【摘要】面向互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的硅基光互连体系,研制了包括光波导、光栅耦合器、刻蚀衍射光栅、偏振旋转分束器、光频梳以及3D互连新器件等的硅光子关键器件,并对相应器件的设计及工艺给出了最新的研究结果.基于以上关键硅光子器件进行了大规模光子集成,实现了片上集成的微波任意波形发生器,并集成了300多个光器件,包括高速调制、延迟线和热调等功能.面向数据通信研制了八通道偏振不敏感波分复用(WDM)接收器,解决了集成系统中的偏振敏感问题.【期刊名称】《中兴通讯技术》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】7页(P8-14)【关键词】硅光子技术;硅基光互连;大规模光子集成【作者】赵瑛璇;武爱民;甘甫烷【作者单位】中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050【正文语种】中文【中图分类】TN929.5随着集成电路面临摩尔定律失效的风险，面向片上光互连的硅光子技术成为重要的关键平台性技术，能够解决集成电路持续发展所面临的速度、延时和功耗等问题。
在未来5G通信中也有明确的用途，基站的数据前传和后传需求显著，低成本、大批量的高速光模块有望成为硅光子的重要产业出口。
硅光子技术通过微电子和光电子技术的高度融合，在硅基衬底上实现各种有源和无源器件，并通过大规模集成工艺实现各种功能，文中我们将介绍基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的硅基光器件的研究和工艺。
1 硅基关键器件与工艺研究1.1 硅基光波导和制造工艺研究与先进的超大规模集成电路工艺兼容是硅光子最本质的价值所在。
经过半个世纪的发展，集成电路制造工艺水平突飞猛进，量产产品已达到10 nm技术节点。
本研究小组与先进的大规模集成电路商用工艺生产线合作，基于0.13 μm CMOS技术，并且采用了248 nm光刻技术[1]，建立了一整套硅光子器件加工和集成的工艺。
专题报告-1硅基光电子学（光子学）研究概况网络信息中心文献情报服务2007年6月硅基光电子学研究概况编者按：本文介绍了硅基光电子技术的研究现状、重点研究方向、技术难点以及国内外主要研究机构的基本情况。
希望能为我所学科布局的发展提供一些参考。
一、技术概述硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限。
而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。
近年来，硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破，世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。
硅基光电子学包括硅基光子材料、硅基光子器件和硅基光子集成三个主要方面。
分别介绍如下：1. 硅基光子材料（1）硅基纳米发光材料目前的研究重点是如何有效地控制硅纳米晶粒的尺寸和密度，以形成具有小尺寸和高密度的有序纳米结构。
制备方法有：通过独立控制固体表面上的成核位置和成核过程实现自组织生长；在掩蔽图形衬底上的纳米结构生长；扫描探针显微术的表面纳米加工；全息光刻技术的纳米图形制备以及激光定域晶化的有序纳米阵列形成等。
（2）硅基光子晶体光子晶体具有合成的微结构、周期性变化的折射率以及与半导体潜在电子带隙相近的光子带隙。
根据能隙空间分布的特点，可以将其分为一维、二维和三维光子晶体。
光子晶体的实际应用是人们所关注的焦点，而与成熟的硅工艺相结合是人们非常看好的方向，可出现全硅基光电子器件和全硅基光子器件，因此制备硅基光子晶体及其应用将是以后的研究重点。
在所有光子晶体制备方法中，运用多光束干涉的全息光刻法有着许多优点：通过照射过程能够制成大体积一致的周期性结构，并能自由控制结构多次。
通过控制光强、偏振方向和相位延迟，制成不同的结构。
2. 硅基光子器件（1）硅基发光二极管作为硅基光电子集成中的光源，硅基发光二极管（Si-LED）的实现是硅基光电子学研究中的一个主攻方向。
光纤特性实验研究一、光纤耦合及光纤器件传输效率测试实验光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖A】实验原理1.光纤的结构纤芯材料的主体是二氧化硅，里面掺极微量的其他材料，例如二氧化锗、五氧化二磷等。
掺杂的作用是提高材料的光折射率。
纤芯直径约5~~75μm（芯径一般为50或62.5μm）。
光纤外面有低折射率包层，包层有一层、二层（内包层、外包层）或多层（称为多层结构），但是总直径在100~200μm上下（直径一般为125μm）。
包层的材料一般用纯二氧化硅，也有掺极微量的三氧化二硼，最新的方法是掺微量的氟，就是在纯二氧化硅里掺极少量的四氟化硅。
掺杂的作用是降低材料的光折射率。
这样，光纤纤芯的折射率略高于包层的折射率。
两者折射率的区别，保证光主要限制在纤芯里进行传输。
包层外面还要涂一种涂料，是加强用的树脂涂层，可用硅铜或丙烯酸盐。
涂料的作用是保护光纤不受外来的损害，增加光纤的机械强度。
光纤的最外层是套层，它是一种塑料管，也是起保护作用的，不同颜色的塑料管还可以用来区别各条光纤。
2.光纤的数值孔径概念：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
3.光纤的种类：A.按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：6 00MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。
万方数据 万方数据３期燕路等：硅基光子器件研究进展及其在光陀螺与光通信中的应用５４９的ｐ－ｉ—ｎ结构有效地降低了自由载流子的有效寿命，他们采用标准微电子工艺制作了第一个连续波长硅基拉曼激光器。
激光器结构如图１所示［２７。
脊型波导是在未掺杂的ＳＯＩ结构Ｓｉ的［１００１表面上：通过标准的光刻和蚀刻工艺制成，在其两侧的平板分别注入硼和磷形成ｐ－ｉ—ｎ结构，反偏的ｐ－ｉ—ｎ二极管大大降低了ＴＰＡ引发的载流子吸收。
当给它加反偏电压时，ＴＰＡ产生的电子一空穴由于受到ｐ－ｉ－ｎ结构的电场作用，被迅速地清除出了波导区，因此有效载流子寿命随着反偏压的增强而减小。
这一结构成功得到｜ｒ稳定的边模抑制比为５５ｄＢ，线宽小于８０ＭＨｚ的单模激光输出。
其激光阈值依赖于反偏电压，波长可通过改变抽运波长调节。
图１第一个连续硅基拉曼激光器结构示意图∞３Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔＣＷｓｉｌｉｃｏｎＲａｍａｎｌａｓｅｒＣ２７】硅基拉曼激光的实现是硅激光领域内的重要突破，但足它仍然只实现了红外波段激光，未能实现可见光波段激光。
在Ｉｎｔｅｌ报道了他们的拉曼激光后，Ｓｔｅｃｌｄ研究组阳８］寅布，他们研制成功世界卜第一个可见光波段的硅激光器。
他们在硅衬底上用分子束外延技术生长了Ｅｕ３＋掺杂的多层ＡＩＧａＮ结构，实现了室温下阈值约为１１７ｋＷ／ｃｒｎ２，波长６２０ｎｌｎ的激光输出。
２００８年，Ｒｏｎｇ研究组乜列又报道了级联式拉曼激光，利用受激拉曼散射的级联效应将硅基拉曼激光波长拓展至１６８６ｎｍ和１８４８ｎｍ。
这一激光器采用环形谐振腔和１５５０ｎｍ光抽运，实现了稳定的、连续的、输出功率超过５ｍＷ、线宽小于２．５ＭＨｚ的１８４８ｎｍ二阶级联激光，为实现更高阶拉曼激光铺平了道路。
尽管上述研究已经取得突破性进展，但是仍然面临一个问题：即以上述及的激光器都需要抽运光激发，若想将硅基激光器完全地单片集成，就必须实现载流子注入（电抽运）形式的激光光源。
硅基光电子集成技术前沿报告目录一、微电子技术、光电子技术与硅光技术 (1)二、硅光技术定义与特点 (3)（一）超高兼容性 (3)（二）超高集成度 (4)（三）强大的集成能力 (5)（四）超大规模制造能力 (6)三、国内外硅光技术和产业发展现状 (7)四、硅光技术中微电子与光电子融合的难题和挑战 (10)(一)急需构建适用于大规模光电集成芯片的元器件库 (10)(二)急需加强光电子融合芯片的工艺能力和基础积累 (11)(三)急需强化光电子融合芯片的架构设计能力 (11)(四)急需增强光电子融合芯片的封装及调控技术 (11)五、硅光技术发展前景展望以及相关政策建议 (12)一、微电子技术、光电子技术与硅光技术自从1958年第一颗集成电路，特别是Intel CPU发明以来，微电子技术便一直遵循着摩尔定律发展，已经成为信息社会发展的主要驱动力之一。
在过去的半个世纪里，微电子芯片的集成规模提升了十亿倍以上。
据悉，采用5nm CMOS工艺的苹果处理器芯片A14内部已集成了150亿颗晶体管，其运算性能可比肩目前性能最强的MacBook 笔记本电脑。
我们生活中的每个角落都充斥着各种各样的微电子芯片，它们感知、处理并产生了海量的信息，让人类社会变得越来越智能和便捷，但是这些数字化信息的传递和通信成为一大难题。
为了解决信息传输问题，人们注意到了另一种信息载体——光子。
光子可以以宇宙中最高的速度传输，其传输速率不会随着传输通道变窄而变慢，而且不易发生串扰，因此十分适合信号的通信和传输。
相比于电导线互连，光通信技术具有超高速率、超大容量、超长传输距离和超低串扰等显著优势，因而被广泛地应用在电信网络、卫星通信、海底通信、数据中心和无线基站等通信设备中。
目前，人类社会超过95%的数字信息需要经过光通信技术来传播，其重要性不言而喻。
光通信系统所必需的光源、调制（电信号转换为光信号）、传输、控制、探测（光信号转换为电信号）等功能都需要通过光电子器件来实现。
天津工业大学毕业论文超紧凑低插入损耗硅基光学1×2多模干涉仪耦合器研究姓名：王远飞学院：电子与信息工程专业：电子信息与科学班级：电科1103指导教师：张赞允2015 年6 月日天津工业大学毕业设计（论文）任务书题目超紧凑低插入损耗硅基光学1×2多模干涉仪耦合器研究学生姓名王远飞学院名称电子与信息工程专业班级电科110 3课题类型教师科研课题课题意义硅基光互连被认为是芯片内电互连瓶颈的最佳解决方案，近些年来围绕着硅基光电子学的研究是如火如荼。
其中各种硅基光波导类器件的研究最为广泛。
硅基多模干涉仪耦合器是硅基集成光学领域里的一个十分重要的无源光波导器件，被广泛应用于马赫-曾德干涉仪、波导阵列光栅等硅基光电子器件中。
硅基1×2多模干涉仪被广泛用于光分束和合束，具有易于制造、插损低、超紧凑等优点，该器件的研究对于构建超紧凑低插损的硅基光电子回路具有十分重要的意义。
任务与进度要求硅基多模干涉仪耦合器研究进展以及研究现状调研。
硅基多模干涉仪理论以及光传输特性研究。
硅基多模干涉仪结构建模仿真设计。
1.09~3.20 分析任务书，查阅资料，了解课题背景，学习相关理论3.21~4.10 前沿文献调研，确定设计方案以及设计目标4.11~5.01 光学仿真软件安装及学习，对器件结构进行光学建模并分析。
5.02~5.30 仿真数据分析，总结撰写论文5.30~6.12 检查整理论文，制作PPT准备答辩主要参考文献Fang Qing , He Yuejiao , Xin Hongli , Li Fang , and Liu Yuliang.An Eff icient MMI SOI Splitter with MultimodeInput/ Output Waveguides. CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS.2005(02) 0276-05D. J. Thomson, Y. Hu, G. T. Reed, and Jean-Marc Fedeli.Low Loss MMI Couplers for High Performance MZI Modulators.IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS.VOL. 22, NO. 20, OCTOBER 15, 2010起止日期2015.1.09～2015.6.12 备注院长教研室主任指导教师毕业设计（论文）开题报告表2014年3月10日姓名王远飞学院电子与信息工程专业电子科学与技术班级电科1103题目超紧凑低插入损耗硅基光学1×2多模干涉仪耦合器研究指导教师张赞允一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：硅基光互连被认为是芯片内电互连瓶颈的最佳解决方案，近些年来围绕着硅基光电子学的研究是如火如荼。
