专利名称：芯片上的球形光学微腔及其制备方法
技术领域：
本发明属于微光学元件领域，具体涉及一种芯片上的球形光学微腔。
背景技术：
球形光学微腔和微环芯一样，是集成光学中的重要组成部件，将来在量子计算机、通讯、传感、科学研究等很多领域会有重要应用。目前芯片上的光学微腔制作工艺已经成熟，但是主要是做微环芯。而大部分针对球形光学微腔的研究是利用熔融拉伸后的光纤头制得。这种办法虽然也能得到球形光学微腔，但是这种方法得到的球形光学微腔尺寸不易控制，也不利于实际应用。
故，需要一种新的球形光学微腔以解决上述问题。
发明内容
发明目的本发明的目的是针对现有技术球形光学微腔的缺陷，提供一种芯片上的球形光学微腔以解决上述问题。技术方案为实现上述发明目的，本发明的芯片上的球形光学微腔可采用如下技术方案
一种芯片上的球形光学微腔，所述球形光学微腔由锥形硅支撑。有益效果与现有技术相比，本发明的芯片上的球形光学微腔尺寸可控、易于集成和保存。优选的，所述球形光学微腔的直径为10-150 μ m。优选的，所述锥形硅的上端截面直径小于等于5 μ m。本发明还公开了上述芯片上的球形光学微腔的制备方法。本发明的芯片上的球形光学微腔的制备方法可采用如下技术方案
一种芯片上的球形光学微腔的制备方法，包括以下步骤
1)利用热氧化方法处理硅的表面，制得2-6μ m厚的二氧化硅层；
2)在步骤I)所得的二氧化硅层表面甩一层光刻胶，然后利用掩膜版依次进行曝光、显影，所述掩膜版的形状为圆形；
3)将步骤2)得到的样品放入HF溶液中进行腐蚀处理，制得二氧化硅圆盘；
4)将步骤3)得到的二氧化硅圆盘用丙酮和异丙醇去除覆盖在二氧化硅圆盘上的光刻胶，用蒸馏水清洗并烘干；
5)将步骤4)得到的烘干后的样品放入XeF2中进行刻蚀，将支撑二氧化硅圆盘的柱子直径刻蚀到5 μ m以下；
6)利用二氧化碳激光器加热回流将二氧化硅圆盘熔融成球形。有益效果与现有技术相比，利用本发明的芯片上的球形光学微腔的制备方法制得的芯片上的球形光学微腔尺寸可控、品质因子高、易于集成和保存。优选的，步骤4)中所述烘干的温度为105_120°C。
优选的，步骤2)中所述掩膜版的直径为80-400 μ m。其中，掩模版的图案一般选择80-400 μ m直径的圆形，可以根据球形光学微腔的目标尺寸来选择合适的二氧化硅层的厚度和掩模版图案的尺寸。优选的，步骤3)中所述腐蚀处理时间为15_80min。
图I是本发明的球形光学微腔的制备方法的基本工艺流程 图2是实施例I制得的球形光学微腔的电镜 图3是实施例I制得的球形光学微腔的品质因子 图4是实施例2制得的球形光学微腔的电镜图；· 图5是实施例2制得的球形光学微腔的品质因子图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。请参阅图I所示，本发明的芯片上的球形光学微腔由锥形硅支撑，上面的球即二氧化硅材质的球形光学微腔。其中，球形光学微腔直径10-150 μ m。支撑球形光学微腔的锥形硅上端截面直径小于等于5 μ m。实施例I
图I为本发明芯片上的球形光学微腔的基本工艺流程，包括以下步骤
1)利用热氧化方法处理硅的表面，制得2μ m厚度的二氧化硅层；
2)在步骤I)所得的二氧化硅层表面甩一层光刻胶，然后利用掩膜版依次进行曝光、显影，所述掩膜版的形状为圆形，其中，掩膜版的直径为80 μ m ;
3)将步骤2)得到的样品放入HF溶液中进行腐蚀处理15min，制得二氧化硅圆盘；
4)将步骤3)得到的二氧化硅圆盘依次用丙酮和异丙醇去除覆盖在二氧化硅圆盘上的光刻胶，用蒸馏水清洗并烘干；其中，烘干温度为105°C ；
5)将步骤4)得到的烘干后的样品放入XeF2中进行刻蚀，将支撑二氧化硅圆盘的柱子直径刻蚀到5 μ m以下；
6)利用二氧化碳激光器加热回流将二氧化硅圆盘熔融成球形。实验结果验证请参阅图2所示，从实施例I制得的球形光学微腔的电镜图中可以看出利用本发明的芯片上的球形光学微腔的制备方法，可以得到球形光学微腔。其中，球形光学微腔的直径为10 μ m。图3是实施例I制得的球形光学微腔的品质因子图。从图3可知，本发明的芯片上的球形光学微腔品质因子较高。实施例2
图I为本发明芯片上的球形光学微腔的基本工艺流程，包括以下步骤
1)利用热氧化方法处理硅的表面，制得6μ m厚度的二氧化硅层；
2)在步骤I)所得的二氧化硅层表面甩一层光刻胶，然后利用掩膜版依次进行曝光、显影，所述掩膜版的形状为圆形，其中，掩膜版的直径为400μπι;3)将步骤2)得到的样品放入HF溶液中进行腐蚀处理80min，制得二氧化硅圆盘；
4)将步骤3)得到的二氧化硅圆盘依次用丙酮和异丙醇去除覆盖在二氧化硅圆盘上的光刻胶，用蒸馏水清洗并烘干；其中，烘干温度为120°C ；
5)将步骤4)得到的烘干后的样品放入XeF2中进行刻蚀，将支撑二氧化硅圆盘的柱子直径刻蚀到5 μ m以下；
6)利用二氧化碳激光器加热回流将二氧化硅圆盘熔融成球形。实验结果验证请参阅图4所示，从实施例2制得的球形光学微腔的电镜图中可以看出利用本发明的芯片上的球形光学微腔的制备方法，可以得到球形光学微腔。其中，球形光学微腔的直径为150 μ m。图5是实施例2制得的球形光学微腔的品质因子图。从图5可知，本发明的芯片上的球形光学微腔品质因子较高。
权利要求
1.一种芯片上的球形光学微腔，其特征在于所述球形光学微腔由锥形硅支撑。
2.如权利要求I所述的芯片上的球形光学微腔，其特征在于，所述球形光学微腔的直径在10 μ m至150 μ m之间。
3.如权利要求I所述的芯片上的球形光学微腔，其特征在于，所述锥形硅的上端截面直径小于等于5 μ m。
4.一种芯片上的球形光学微腔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 1)利用热氧化方法处理硅的表面，制得2至6μ m厚度的二氧化硅层； 2)在步骤I)所得的二氧化硅层表面甩一层光刻胶，然后利用掩膜版依次进行曝光、显影，所述掩膜版的形状为圆形；； 3)将步骤2)得到的样品放入HF溶液中进行腐蚀处理，制得二氧化硅圆盘； 4)将步骤3)得到的二氧化硅圆盘依次用丙酮和异丙醇去除覆盖在二氧化硅圆盘上的光刻胶，用蒸馏水清洗并烘干； 5)将步骤4)得到的烘干后的样品放入XeF2中进行刻蚀，将支撑二氧化硅圆盘的柱子直径刻蚀到5 μ m以下； 6)利用二氧化碳激光器加热回流将二氧化硅圆盘熔融成球形。
5.如权利要求4所述的芯片上的球形光学微腔的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述烘干的温度为105-120°C。
6.如权利要求4所述的芯片上的球形光学微腔的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述掩膜版的形状为直径为80-400 μ m的圆形。
7.如权利要求4所述的芯片上的球形光学微腔的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述腐蚀处理时间为15-80min。
全文摘要
本发明公开了一种芯片上的球形光学微腔，所述球形光学微腔由锥形硅支撑。与现有技术相比，本发明的芯片上的球形光学微腔尺寸可控、易于集成和保存。本发明还公开了芯片上的球形光学微腔的制备方法，制备方法简单，制得的芯片上的球形光学微腔尺寸可控、品质因子高、易于集成和保存。
文档编号B81C1/00GK102874741SQ20121039782
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者姜校顺, 华士跃, 肖敏 申请人:南京大学