1等離子體刻蝕裝備與工藝：
圖1給出了大連理工大學(xué)PEPP-300型等離子體刻蝕/聚合復(fù)合加工系統(tǒng)照片。該裝置主要包括兩組13.56MHz的射頻功率源、阻抗匹配源、電感線(xiàn)圈和同軸電纜構(gòu)成的復(fù)合射頻源系統(tǒng)、刻蝕/聚合加工室、等離子體診斷系統(tǒng)、供氣和真空系統(tǒng)等4部分。兩組射頻功率源分別為1.5kW和1kW?？涛g加工樣品置于加工室中的樣品臺(tái)上，樣品臺(tái)采用循環(huán)水冷，溫度控制范圍為5~30℃。該裝置可以實(shí)現(xiàn)等離子體/離子等不同類(lèi)型的刻蝕工藝。本試驗(yàn)典型的工藝條件：射頻源功率分別為200～400W，50～200W，工作氣體BCl3，氣體流量30～100sccm，工作氣壓1～10Pa，刻蝕時(shí)間3～10min。
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圖1PEPP-300型等離子體刻蝕/聚合復(fù)合加工系統(tǒng)照片
2等離子體刻蝕結(jié)果：
試驗(yàn)研究的Er3+摻雜Al2O3/SiO2/Si平面光波導(dǎo)薄膜，通過(guò)熱氧化法在Si(100)基片表面制備SiO2薄膜，再采用溶膠—凝膠法在SiO2/Si表面提拉制備Er3+摻雜Al2O3薄膜。Er3+:Al2O3/SiO2/Si平面光波導(dǎo)薄膜制備工藝詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[6]。圖2給出了制備的Er3+:Al2O3/SiO2/Si平面光波導(dǎo)薄膜的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。Si(100)基片上生長(zhǎng)的SiO2層厚約為2.5m，提拉獲得的Er3+摻雜Al2O3薄膜約為2m。Er3+摻雜Al2O3薄膜致密、連續(xù)地覆蓋于氧化的Si基片上，表面無(wú)缺陷，同時(shí)可明顯看出
薄膜生長(zhǎng)的柱狀晶結(jié)構(gòu)。
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圖3給出了熱氧化SiO2/Si(100)基片及其上0.5mol%Er3+摻雜Al2O3薄膜的x射線(xiàn)衍射(XRD)譜。SiO2/Si(100)基片與Er3+:Al2O3/SiO2/Si(100)薄膜的XRD譜大致相同，均記錄到來(lái)自(100)單晶Si基片的(400)強(qiáng)衍射峰。Er3+:Al2O3/SiO2/Si薄膜在2＝66.7°則出現(xiàn)一小的衍射峰，對(duì)應(yīng)-Al2O3相結(jié)構(gòu)。
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本研究中，等離子體刻蝕工藝首先在勻膠儀上旋轉(zhuǎn)涂膠，均勻涂覆BP212正膠，烘烤15min；再經(jīng)曝光顯影，在光刻儀上選擇合適的曝光時(shí)間進(jìn)行光刻，后顯影顯出光刻圖形。等離子體刻蝕完成后，光刻膠經(jīng)氧等離子體反應(yīng)刻蝕去除。圖4給出了復(fù)合的射頻等離子體刻蝕Er3+:Al2O3/SiO2/Si平面光波導(dǎo)薄膜的SEM照片。在射頻源功率分別為200W和50W，工作氣體BCl3，氣體流量30～40sccm，工作氣壓1～2Pa，刻蝕時(shí)間3min，獲得了線(xiàn)寬為2.0～3.0m，深度為300～600nm的波導(dǎo)溝道。溝道側(cè)壁連續(xù)、光滑，底部均勻平整，呈很好的直線(xiàn)陣列排布，表明薄膜的刻蝕質(zhì)量良好。
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基于波導(dǎo)傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)和有限元理論計(jì)算表明，當(dāng)刻蝕寬度相同時(shí)，以梯形波導(dǎo)為最佳。芯內(nèi)功率占總功率的百分比最大，信號(hào)光單模傳輸條件理想[7]。采用射頻等離子體刻蝕獲得的m寬度的Er3+:Al2O3/SiO2/Si光波導(dǎo)薄膜，為理想的光信號(hào)傳輸放大提供了條件。
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