一种采用电印刷技术制备聚合物PMMA光波导器件的方法

摘要

一种采用电印刷技术制备聚合物PMMA光波导器件的方法，属于聚合物平面光波导器件制备技术领域。其是在PMMA基片上蒸发铝膜，然后通过旋涂、光刻、湿法刻蚀等半导体工艺制备出几微米到几十微米不同宽度的集成电极布线，进而制备出电印刷模板，然后通过电印刷模板加热聚合物薄膜，使聚合物材料的折射率发生变化，进而制备出集成光路器件。本发明的器件及其制作方法，器件成本低，成品率高，工艺简单，制备速度快，适合大批量生产。

主权项

一种采用电印刷技术制备聚合物PMMA光波导器件的方法，其步骤如下：(1)以聚甲基丙烯酸甲酯PMMA基片制备电印刷模板①清洗PMMA基片(11)：用丙酮和乙醇棉球将其依次反复擦拭，并用去离子水冲洗干净，然后用氮气吹干；②制备集成电极(12)：采用蒸镀工艺在清洗干净的PMMA基片(11)上蒸镀一层厚度为200～400nm的铝膜(21)，然后采用旋涂工艺在铝膜上旋涂一层厚度为1～2μm的BP212正性光刻胶(22)，并在70～90℃条件下前烘10～30分钟；然后在光刻机上，将其与需要制备的波导结构互补的电极掩膜板(23)紧密接触进行对版光刻，在365nm波长的紫外光(24)下曝光光刻5～8秒，移走电极掩膜板(23)，并将其放在质量浓度为5‰的NaOH溶液中显影60～120秒，以去除未被紫外光(24)照射的光刻胶(22)及其掩盖的Al膜(21)；最后，再在365nm波长的紫外光(24)下充分曝光6～10秒，用乙醇溶液去除电极上面的光刻胶(22)，并将器件用去离子水冲洗干净后用氮气吹干，在电极的两端制作电极引脚，从而完成集成电极(12)的制备；③制备电极引线(13)：在集成电极(12)的引脚处，通过导电胶将直径为0.5～0.7mm的铜导线焊接上作为电极引线(13)，从而完成电印刷模板的制备；(2)电印刷技术制备以SiO₂为衬底的聚合物PMMA光波导器件①在硅衬底上生长一层较厚的SiO₂下限制层：采用干氧氧化和湿氧氧化交替进行的方法来生长SiO₂层，氧化温度保持在1100～1300℃；先干氧氧化20～40分钟，再湿氧氧化和干氧氧化交替进行5～7次，其中湿氧氧化50～70分钟、干氧氧化20～40分钟，最后进行20～40分钟的干氧氧化，得到厚度为2～6μm的SiO₂下限制层；②在SiO₂下限制层上制作聚合物PMMA芯层首先，对已经生长好SiO₂下限制层的硅衬底进行清洁处理，方法是将其浸泡在丙酮溶液中超声清洗5～10分钟，然后用丙酮和乙醇棉球依次反复擦拭，并用去离子水冲洗干净，最后用氮气吹干；其次，在SiO₂下限制层上滴加聚合物PMMA材料，采用旋涂工艺制备聚合物PMMA薄膜，薄膜的厚度和成膜质量通过调节旋涂设备的预转转数和旋转时间以及高速旋转转数和旋转时间来控制；最后，将旋涂好聚合物PMMA薄膜的衬底放入真空烘箱中30～60℃条件下固化2～3小时，得到厚度为2～5μm的PMMA波导芯层；③采用电印刷技术制备聚合物PMMA光波导将步骤(1)中制备好的电印刷模板倒扣在固化好的聚合物PMMA波导芯层上，同一电极引出的电极引线分别接入同一直流电源的正负极，通过调节施加电压的大小来控制电极产生的热量，进而形成了两侧PMMA材料折射率较低、中间折射率相对较高的PMMA聚合物光波导结构，对应的被加热PMMA材料的折射率的调节范围为1.4823～1.4722；④将电印刷模板从聚合物波导芯层上揭开，进而形成以空气作为上包层、SiO₂下限制层为下包层、两侧低折射率的PMMA为两侧包层的聚合物光波导器件；⑤制备完成后，将光波导的端面通过划片机进行解理，进而制备出完整的聚合物PMMA光波导器件。