SOI硅光衰减器及硅微通道打拿极的初步研究

摘要

可调谐光衰减器是基于WDM技术的全光网络中最基本的光器件之一，是实现全光交换的瓶颈技术之一。目前市场上传统的可调式光衰减器是体光机械式，但其体积大、价格昂贵、低响应。这种低响应的器件不能用来进行有源光功率的调整。本文提出了一种新型的基于SOI材料的MEMS悬臂梁型可调谐光衰减器，可对光通信网络中光信号的变化进行实时补偿和稳定波分复用光纤放大器的增益。本文研究了可调谐光衰减器的设计原理和器件结构，并用ANSYS软件对器件进行加载的有限元动态模拟，根据模拟结果优化了器件结构设计，设计了该器件的版图，探索了器件工艺，制作出基于BESOI的光衰减器，开展了测试环节的光路调节等工作，总结了在测试过程中所要解决的困难和今后的改进方向。 硅微通道板是自90年代以后提出的一种全新的基于半导体工艺技术而形成图像增强器件。打拿极是该器件中实现电子倍增的重要组成部分，与传统的玻璃微通道板打拿极相比在技术上实现了将衬底材料和打拿极材料相分开的突破，同时也将微通道列阵和打拿极制备工艺分开，使连续打拿极的材料选择范围变宽。本文主要研究了连续打拿极发射材料特性，探索了硅微通道板打拿极形成的工艺技术。实验采用的硅微通道板是本实验室利用自行开发的电化学刻蚀的自分离工艺制备的，通过高温氧化在微通道壁上形成SiO2，利用LPCVD在硅微通道板内壁形成多晶硅薄膜作为打拿极的导电层，再在其表面形成高电子发射系数的SiO2薄膜作为二次电子发射层，实验发现，通过控制多晶硅厚度可以获得较高板电阻，但在多晶硅表面形成发射层还需进一步工作。论文还探索了硅微通道板采用体导电模式的可能性，测试发现直接利用硅材料的体导电特性的微通道板板电阻很低，发热明显，无法获得期望的体导电模式的微通道增益特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 VOA在全光网络中的应用

1.2 VOA的主要实现技术

1.3微通道板打拿极

1.4本论文主要工作

第二章VOA和打拿极的原理及制备

2.1 VOA芯片的工作原理

2.2 VOA芯片的实验设备与原理

2.2.1氧化光刻

2.2.2湿法刻蚀

2.3打拿极原理

2.4打拿极的试验设备与原理

2.4.1低压化学汽相淀积(LPCVD)

2.4.2快速热处理技术

2.4.3扫描电子显微镜原理

2.5本章小结

第三章悬臂梁型光衰减器的设计制作

3.1悬臂梁型VOA的理论依据

3.2悬臂梁型VOA的分析及其模拟

3.3悬臂梁型VOA的结构设计

3.4悬臂梁型VOA的制备工艺流程

3.5 VOA的工艺参数讨论

3.5.1 VOA芯片衬底腐蚀

3.5.2 VOA芯片释放悬臂梁和镜面

3.6 VOA封装及光路调节

3.6.1 VOA封装

3.6.2 VOA光路调节和对准

3.7 VOA测试及分析

3.8本章小结

第四章连续打拿极的原理及材料分析

4.1次级电子发射理论

4.2微通道内二次电子发射

4.3微通道板特征参数

4.3.1微通道板结构尺寸

4.3.2微通道板增益

4.3.3硅微通道板打拿极的导电层电阻

4.3.4微通道板体电阻

4.4 AT-MCP内壁连续打拿极材料

4.4.1传统玻璃微通道板连续打拿极

4.4.2硅微通道板打拿极导电层

4.4.3连续打拿极发射层

4.4.4关于硅微通道板体导电模式讨论

4.5本章小结

第五章连续打拿极的制备及测试

5.1硅基微通道板样品

5.2导电层多晶硅薄膜的淀积

5.2.1多晶硅薄膜的厚度

5.2.2多晶硅薄膜在通道内的均匀分布

5.2.3多晶硅薄膜方块电阻

5.2.4二次电子发射层的形成

5.3微通道板电极的形成

5.4实验样品测试及分析

5.5本章小结

第六章小结及展望

6.1 小结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢