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光分路器plc芯片的三大技术探讨
点击次数:104 发布时间:2018-06-25
光分路器PLC芯片一般在六种材料上制作,它们分别是:铌酸锂(LiNbO3),波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形 成波导,波导结构为扩散型;Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物,波导以InP为称底和下包层,以InGaAsP为芯层,以InP或者InP/空气为上包层,波导结构为掩埋脊形或者脊形; SOI(Silicon-on-Insulator, 绝缘体上硅),波导是在SOI基片上制作,称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO2、Si和空气,波导结构为脊形以及聚合物(Polymer)、二氧化硅(SiO2)、玻璃离子交换等。
目前光纤到户(FTTH)网络技术已不存在问题,但能否在我国迅速发展和普及,除了政策面外,最重要的也是最为关键的一点就是降低网络各环节的成本。光分路器是FTTx网络中的核心器件之一,低成本是其重要的技术发展目标。从技术、成本及上述表中给出的光波导材料特性可以看出,二氧化硅、聚合物及玻璃是最为适合制作PLC芯片。下列简单介绍了三种成本低,容易产业化实现的光分路器PLC芯片技术:
(1)聚合物(旋涂—刻蚀)
聚合物波导以硅片为称底,以不同掺杂浓度的Polymer材料为芯层,波导结构为掩埋矩形。聚合物波导及器件制作工艺简单,价廉,如果是光敏更好,制作成本较低(理论值),很有发展前景。问题存在氟化材料成本高;老化疑虑、损耗会相对略高;产品的稳定性上还需考虑其影响。
(2)二氧化硅
二氧化硅波导以硅片为称底,以不同掺杂的SiO2材料为芯层和包层,波导结构为掩埋矩形。硅基二氧化硅光波技术是20世纪90年代发展起来的新技术,国外已比较成熟。其制造工艺有火焰水解法(FHD)、化学气相淀积法、等离子CVD法、多孔硅氧化法和熔胶-凝胶(Sol-gel)等。这种波导和损耗很小,约为0.05dB/cm以下。国外利用这种波导已研制出60路、132路的AWG。目前采用较多的是火焰水解法(FHD)、化学气相沉积法(PECVD)进行多层二氧化硅材料的生长,利用干法刻蚀技术完成波导刻蚀。其优势是具有非常好的物理和化学稳定性技术,器件集成度高,成本低。同时与光纤之间有着很好的兼容性,传输损耗低,工艺成熟(主要依赖于设备的进口),产品稳定可靠,理论上还可以制作AWG等其他PLC器件。此工艺技术目前是芯片产品的制造主流技术,国际上比较普遍采用。问题存在设备投入高,而且维护成本高,原材料要求高(全部采用进口材料);国内仅有几家科研院所及大学实验设备在线和武汉光迅科技二氧化硅PLC工艺线,还没有可用于产业化规模生产设备。此技术及制造基本上被韩国、日本等国外厂商垄断。
(3)玻璃基(离子交换)
玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导,波导结构为扩散型。 优势是工艺较简单,设备也比较简单,总投入不大,产品较稳定可靠。玻璃光波导的制作工艺流程分为五步: 1) 在玻璃基片上溅射一层铝,作为离子交换时的掩模层;2) 进行光刻,将需要的波导图形用光刻胶保护起来; 3) 采用化学腐蚀,将波导上部的铝膜去掉;4) 将做好掩模的玻璃基片放入含Ag+-Na+离子的混合溶液中,在适当的温度下进行离子交换,Ag+离子提升折射率,得到沟道型光波导; 5)对沟道型光波导施以电场,将Ag+离子驱向玻璃基片深处,得到掩埋型玻璃光波导。
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