一种高制备容差导模共振带通滤波器及其制备方法

技术特征：
1.一种高制备容差导模共振带通滤波器，其特征在于，包括衬底、氢化硅si:h波导层、氧化硅sio2间隔层和顶部光栅层；所述衬底为熔融石英，所述顶部光栅层为周期性的si:h网格微结构。2.一种用于权利要求1所述的高制备容差导模共振带通滤波器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s1、采用粒子群优化算法，在非偏振垂直入射下，以波段内的衍射效率最低而1550nm单波长处衍射效率最高为优化目标，以光栅层的线宽、高度、周期以及间隔层和波导层的厚度为优化变量，优化设计1530nm-1570nm波段范围内0级透射衍射效率在0％的设定邻域，且1550nm处透射衍射效率高于99％的高制备容差导模共振滤波器；步骤s2、实际加工步骤s1设计的高对比度导模共振滤波器，首先采用磁控溅射技术在基板上镀制si:h/sio2/si:h多层膜，其中，薄膜厚度通过光学监控法准确控制；步骤s3、通过匀胶机在步骤s2所得多层膜样品表面依次旋涂粘附层、光刻胶和导电胶；步骤s4、通过热蒸发的方式在步骤s3所得导电胶表面蒸镀预设厚度的铬cr；步骤s5、采用电子束曝光技术对步骤s4样品表面进行曝光，曝光区域为与设计的光栅网格形状互补的反结构，将曝光后的样品依次放入去离子水，显影液，以及定影液中去除铬膜、导电胶以及曝光区域的光刻胶，得到设计的光栅网格形状的光刻胶图形；步骤s6、采用电感耦合-反应离子刻蚀技术利用步骤s5样品的光刻胶作为掩模，对最上方的si:h层进行完全刻蚀，得到预期的光栅网格；步骤s7、通过等离子体去胶机，利用氧离子将步骤s6样品表面剩余光刻胶去除，即完成高制备容差导模共振滤波器的加工。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中的粒子群优化算法参数设置为：迭代次数为300，种群规模为30，可同时对光栅层的线宽、高度、周期以及间隔层和波导层的厚度进行优化。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s1优化得到的高制备容差导模共振滤波器的参数设置为：入射角度为0
°
，偏振态为消偏振；顶部光栅层为二维周期性网格结构，x和y方向的周期和光栅线宽相同，分别为1040nm和104nm；si:h、sio2和熔融石英的折射率分别为3.34、1.46和1.445；光栅层、间隔层和波导层的厚度分别为260nm，800nm，1976nm。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中磁控溅射的工艺参数设置为：工作功率为8kw，工作气压为10-3
pa，si:h沉积速率为0.57nm/s，sio2沉积速率为1.02nm/s，工作温度为23-27℃。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中光刻胶为zep-520a；所述光刻胶旋涂的工艺参数设置为：匀胶机旋涂的转速为4000r/min，厚度为120-150nm，烘烤使用热板，温度为178-182℃，时间8-12min，使其固化。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中的铬cr厚度为20nm。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s5中电子束直写光刻技术的工艺参数设置为：
电子加速电压为100kv，束斑电流为2na，束斑尺寸为10nm，曝光剂量为180-270μc/cm2，利用去离子水漂洗导电胶和cr层，浸泡时间为2min；显影液为乙酸戊酯，显影温度为23-27℃，显影时间为1min；显影后在异丙醇溶液中漂洗30s，用氮气枪吹干。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s6中电感耦合-反应离子刻蚀技术的工艺参数包括：刻蚀气体及流量为三氟甲烷chf3:50sccm和六氟化硫sf6:15sccm，压强为15mtorr，射频源功率为25w，电感耦合等离子体功率1200w，偏压为380v，工作温度为5℃，刻蚀速率为10nm/s。

技术总结
本发明涉及一种高制备容差导模共振带通滤波器及制备方法，所述高制备容差导模共振带通滤波器包括衬底、氢化硅Si:H波导层、氧化硅SiO2间隔层和顶部光栅层；所述衬底为熔融石英，所述顶部光栅层为周期性的Si:H网格微结构；所述制备方法包括：首先通过粒子群优化算法优化获得高制备容差导模共振带通滤波器的结构设计，再利用磁控溅射镀膜、电子束曝光、反应离子刻蚀技术进行实际制作。与现有技术相比，本发明有效减弱了光栅层与波导层中模式的耦合，增加了滤波器对于光栅线宽的制备容差。增加了滤波器对于光栅线宽的制备容差。增加了滤波器对于光栅线宽的制备容差。


技术研发人员：程鑫彬 董思禹 周健宇 王占山
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/8/30