一种Te基全硫系光波导的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光波导的制备技术，尤其是涉及一种Te基全硫系光波导的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 集成光子技术是光子技术的重要发展方向。光波导被定义为由低折射率区域包围 起来的高折射率区域，它是集成光学的基本组成单位，也是全光通信的基础。平面集成光波 导器件由于其小型化、集成化的优势在光纤通讯、光学遥感、传感、光存储和光电显示等领 域发挥着日益重要的作用。
[0003] 硫系玻璃是以硫族元素（S(硫）、Se(硒）、Te(碲））为主，引入Si (硅）、Ge (锗）、As (砷）、Sb(锑)等元素形成的非晶态材料，是一种红外光学材料，它具有高折射率、高稀土掺 杂能力、极大的光学非线性和光敏特性，这些特点使得硫系玻璃光波导器件在中红外及远 红外气体和生物传感、中红外激光光源、全光器件、以及星际空间探测领域具有广阔的应用 前景。图1给出了 Te基材料、Se基材料、S基材料、ZBLAN材料及Si02材料的透过光谱，从图1中 可以看出Te基材料的红外透过窗口在20微米附近，而Se基材料的红外透过窗口在17微米附 近，S基材料的红外透过窗口在13微米附近。由此可见，硫系材料中Te基材料与Se基材料、S 基材料相比，它具有更宽的红外透过窗口（可以达到25微米），它能够完全覆盖生物传感应 用的光谱范围，在生命探测、生物有机物的指纹区探测具有广泛的应用前景。
[0004] 目前的硫系玻璃光波导器件基本以S0I(Silicon-0n-Insulator，绝缘衬底上的 硅)平台为主，其衬底为低折射率的Si0 2(二氧化硅)材料，但是由于Si02材料的红外截止波 长小于4微米，因此，对于中远红外传输，用Si0 2作为光学材料必然会造成很大的吸收损耗， 这将影响其红外区域的工作应用。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种Te基全硫系光波导的制备方法，其制备得 到的Te基全硫系光波导具有更宽的光透过范围，且对光具有很好的限域作用，能够有效地 减少传输损耗。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种Te基全硫系光波导的制备方 法，其特征在于包括以下步骤：
[0007] ①取一块硫系玻璃作为衬底;然后在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge-Sb-Se硫系薄膜;接着在Ge-Sb-Se硫系薄膜上涂覆一层光刻胶；
[0008] ②利用具有所需掩膜结构的掩膜板对步骤①得到的基材进行曝光和显影，得到具 有掩膜结构的基材；
[0009] ③在步骤②得到的具有掩膜结构的基材上镀设一层Ge15Ga1QTe75硫系薄膜；
[0010] ④将步骤③得到的基材完全浸入有机溶剂中，利用有机溶剂溶解步骤③得到的基 材上的光刻胶，同时带走位于光刻胶上方的Gei5Gai〇Te75硫系薄膜，形成Te基全硫系光波导。
[0011] 所述的步骤①中的硫系玻璃的上表面和下表面均为通过磨平、抛光技术形成的光 滑的表面。
[0012] 所述的步骤①中在硫系玻璃的光滑的上表面上镀设一层Ge-Sb-Se硫系薄膜之前， 先对硫系玻璃进行清洗以去除杂质的污染，具体过程为:①-1、将硫系玻璃完全浸入丙酮 中，然后利用超声波清洗15分钟~25分钟，以去除硫系玻璃上的杂质;① -2、从丙酮中取出 第一次清洗后的硫系玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入甲醇中，然后利用超声波清洗3分 钟~8分钟，以初步去除硫系玻璃上残留的丙酮;① -3、从甲醇中取出第二次清洗后的硫系 玻璃，并将取出的硫系玻璃完全浸入异丙醇中，然后利用超声波清洗3分钟~8分钟，以完全 去除硫系玻璃上残留的丙酮;① -4、从异丙醇中取出清洗干净的硫系玻璃，然后用氮气吹干 清洗干净的硫系玻璃。在此，首先利用丙酮有效去除硫系玻璃上的杂质，然后利用甲醇初步 去除硫系玻璃上残留的丙酮，再利用异丙醇完全去除硫系玻璃上残留的丙酮，最后吹干清 洗干净的硫系玻璃，对硫系玻璃的表面进行清洁处理可以使后续的波导制备工艺流程保持 干净。
[0013] 所述的步骤①中Ge-Sb-Se硫系薄膜的镀设采用磁控溅射方法，其中，磁控溅射镀 膜系统的溅射腔室的真空度为1.5 X 10-4帕~2.5 X 10-4帕、起辉气压为2.8帕~3.2帕，磁控 溅射镀膜系统的溅射气压为〇. 22帕~0.27帕、溅射功率为25瓦特~30瓦特、溅射时间为2小 时~3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为45 SCCm~55SCCm。 在此，采用现有的磁控溅射方法镀设Ge-Sb-Se硫系薄膜能够使得到的Ge-Sb-Se硫系薄膜的 均匀性好，且组分差异小；而通过限定磁控溅射镀膜系统溅射工作的参数，可使获得的Ge-Sb-Se硫系薄膜具有致密性好、光散射损耗小、均匀性好等特点，适合平面光波导的制作。
[0014] 所述的步骤①中光刻胶的涂覆利用匀胶机，其中，勾胶机先慢转后快转，慢转转速 为2000rpm，慢转时间为3秒，快转转速为6000rpm，快转时间为30秒。在此，涂覆光刻胶先慢 转后快转可以使光刻胶粘附良好且均匀。
[0015] 所述的步骤①中的Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度为0.8~1.2微米，光刻胶的厚度为 1.5~1.8微米。在此，限定Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度是为了减少Ge-Sb-Se硫系薄膜和 Gei5GaioTe75硫系薄膜之间的应力；限定光刻胶的厚度大于Ge-Sb-Se硫系薄膜的厚度是为了 使硫系光波导制备得以顺利进行。
[0016] 所述的步骤②的具体过程为:②-1、利用接触式系统，在掩膜板紧贴步骤①得到的 基材中的光刻胶后对步骤①得到的基材进行曝光，其中，曝光时间为8秒~12秒;②-2、在氢 氧化钠碱性显影液中对曝光后的基材进行显影，得到具有掩膜结构的基材，其中，显影时间 为45秒~60秒。在此，限定曝光时间是为了在已涂覆光刻胶的基材上产生一个良好的图形； 限定显影时间是为了把掩膜板的图形准确复制到光刻胶中，以保证光刻的质量。
[0017] 所述的步骤③中Gei5Ga1QTe75硫系薄膜的镀设采用磁控溅射方法，其中，磁控溅射 镀膜系统的溅射腔室的真空度为1.5 X 10-4帕~2.5 X 10-4帕、起辉气压为2.8帕~3.2帕，磁 控溅射镀膜系统的溅射气压为〇. 22帕~0.27帕、溅射功率为25瓦特~30瓦特、溅射时间为2 小时~3小时，向磁控溅射镀膜系统的溅射腔室内通入的氩气的体积流量为4 5 s c c m~ 5 5 s c c m。在此，采用现有的磁控派射方法镀设G e 15 G a 1 ο T e 7 5硫系薄膜能够使得到的 Gei5Ga1QTe75硫系薄膜的均匀性好，且组分差异小；而通过限定磁控溅射镀膜系统溅射工作 的参数，以使获得的G ei5Ga1QTe75硫系薄膜具有致密性好、光散射损耗小、均匀性好等特点， 适合平面光波导的制作。
[0018] 所述的步骤③中的Gei5GaioTe75硫系薄膜的厚度为0.8~1.2微米。在此，限定 Gei5Ga1QTe75硫系薄膜的厚度是为了获得所需要的光波导的高度。
[0019] 所述的步骤④中利用有机溶剂溶解步骤③得到的基材上的光刻胶，同时带走位于 光刻胶上方的66156 &1〇1^75硫系薄膜后再利用超声波清洗5分钟~10分钟;所述的步骤④中 的有机溶剂为浓度为99.9%的N-甲基吡咯烷酮。在此，在溶解光刻胶时进行超声波清洗是 为了使光刻胶和有机溶剂充分接触，从而得到所需要的光波导的结构;采用浓度为99.9% 的N-甲基吡咯烷酮能够有效地溶解基材上的光刻胶，同时也带走了位于光刻胶上方的 Gei5GaioTe75 硫系薄膜。
[0020] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0021] 1)本发明方法