一种用于光波导加热电极及其制作方法与流程

本发明涉及一种电极及制作方法，属于光通信技术领域，具体是涉及一种用于光波导加热电极的制作方法。

背景技术：

在光波导芯片领域，比如基于mzi(mach-zehnderinterferometer,即马赫曾德干涉仪)结构的voa(variableopticalattenuation,可调光衰减器)，osw(opticalswitch,光开关)等，需要通过热光效应实现光功率的衰减。一般是在plc或者聚合物光波导的上包层上沉积加热电极，通过施加电压使加热电极发热，将热量传递到波导芯层，实现波导芯层有效折射率的变化。

一般采用加热电极材料为ti，从电学角度来说ti本身电阻率较低且电阻温度系数较高，造成相应的芯片尺寸大，而且长时间高温使用会导致加热电阻变化；从力学角度来说ti存在高温蠕变现象，芯片长时间高温使用会导致ti电极应力改变，此时电极会通过上包层将应力传递到波导芯层，导致波导芯层的尺寸和折射率的变化，从而影响芯片器件的光学指标，如衰减精度、偏振相关损耗等。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种用于光波导加热电极及其制作方法。该方法利用双靶反应溅射法制作tixwynz加热电极，具有电阻率高、电阻温度系数低和应力可调控等优点，从而减小了光波导芯片尺寸，提高了光波导芯片的热稳定性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种光波导加热电极，所述加热电极材料为tixwynz。

优选的，上述的光波导加热电极，包括：位于衬底上的光波导，位于所述光波导上的tixwynz材料层，位于所述tixwynz材料层上的导电电极。

为了解决上述问题，根据本发明的另一个方面，提供了一种光波导加热电极的制作方法，包括：

在刻有加热电极图形的光波导两侧衬底上覆盖光刻胶；

在光波导及光刻胶上镀制tixwynz薄膜；

去除光刻胶及附着于光刻胶表面的tixwynz薄膜，形成叠加于光波导层上的tixwynz加热电极。

优选的，上述的一种光波导加热电极的制作方法，在光波导及光刻胶上镀制tixwynz薄膜时：

使用两个溅射靶枪分别控制ti靶和w靶的工艺参数以获得不同比例ti/w的tixwynz

和/或

在溅射时调节n2/ar的分压比，以可调节tixwynz加热层应力。

优选的，上述的一种光波导加热电极的制作方法，在金属剥离液中去除衬底表面上的光刻胶以及光刻胶表面所附着的tixwynz薄膜。

优选的，上述的一种光波导加热电极的制作方法，还包括：

在套刻有导电电极图形的tixwynz加热电极两侧衬底上覆盖光刻胶；

在tixwynz加热电极及光刻胶上镀制导电薄膜；

去除光刻胶及附着于光刻胶表面的导电薄膜，形成叠加于tixwynz加热电极上的导电电极。

优选的，上述的一种光波导加热电极的制作方法，所述导电电极材料为au或者al。

优选的，上述的一种光波导加热电极的制作方法，形成叠加于光波导层上的tixwynz加热电极后，将tixwynz加热电极置于退火炉中退火，冷却后取出。

优选的，上述的一种光波导加热电极的制作方法，退火温度为400-500℃，退火时间1-4h，气氛为n2或者真空。

因此，本发明具有如下优点：1.有较高电阻率、较低电阻温度系数，可有效减小光波导芯片尺寸提高其热稳定性；2.应力可控，可匹配plc、聚合物等不同应力的光波导。

附图说明

图1、光波导芯片表面光波导与图形电极的分布示意图；

图2a至图2f、现有技术工艺过程的光波导芯片结构示意图；

图3是本发明的工艺流程图。

图4-7是样品1-4的实验结果图；

图8-11是样品1-a至4-a的实验结果图；

图12-17是样品5-10的实验结果图；

图18-23是样品5-a至10-a的实验结果图

其中：

1、衬底；

2、光波导；

3、光刻胶；

4、tixwynz加热电极；

5、导电电极。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明方法具体制作流程如图2所示，包括以下几个步骤：

步骤1：在光波导上进行加热电极图形套刻：在整个衬底1表面旋涂上一层光刻胶，利用光波导层2的边缘进行自对准图形套刻。图形套刻采用紫外曝光、显影、坚膜等的工艺步骤，制作出与电极图形相对应的光刻胶图形，形成如图2a所示结构，包括衬底1和其上形成的光波导2，位于光波导2区域两则的光刻胶层3。

步骤2：使用双靶反应溅射的方法在步骤1整个衬底的暴露表面镀制tixwynz加热层4。本步骤的铌酸锂芯片的结构如图2b所示。使用双靶反应溅射tixwynz加热层，即溅射时使用两个溅射靶枪分别控制ti靶和w靶的工艺参数，获得不同比例ti/w的tixwynz加热层，从而改善tixwynz的电阻率和电阻温度系数，当ti/w为12-14时，所得到tixwynz加热层拥有较大的电阻率和电阻温度系数。同时在溅射时调节ar/n2的分压比，即可调节tixwynz加热层的应力，当ar/n2的分压比为2.5-4时，tixwynz加热层为张应力，当ar/n2的分压比为4-6时，tixwynz加热层为压应力。

步骤3：把步骤2镀制好tixwynz加热层的衬底浸入金属剥离液中，去除衬底表面上的光刻胶以及光刻胶表面所附着的tixwynz加热层，并用去离子水将处理后的芯片表面冲洗干净，形成tixwynz加热电极。经本步骤处理后的芯片结构如图2c所示，包括衬底1和其上形成的光波导2，光波导2上有tixwynz加热电极4。将tixwynz加热电极置于退火炉中退火，冷却后取出。其中，退火温度为400-500℃，退火时间1-4h，气氛为n2或者真空。

步骤4：在加热电极上进行导电电极图形套刻：在步骤3整个衬底1表面旋涂上一层光刻胶，利用tixwynz加热电极2的边缘进行自对准图形套刻，制作出与导电电极图形相对应的光刻胶图形，形成如图2d所示结构，包括衬底1、光波导2和tixwynz加热电极层4，位于tixwynz加热电极层4区域两则的光刻胶层3。

步骤5：使用溅射或者电子束蒸发的方法在步骤4整个衬底的暴露表面镀制导电薄膜5，导电电极材料为au或者al。本步骤的铌酸锂芯片的结构如图2e所示，包括衬底1、光波导2和tixwynz加热电极层4和导电电极层5。

步骤6：把步骤5镀制好导电电极层的衬底浸入金属剥离液中，去除衬底表面上的光刻胶以及光刻胶表面所附着的导电电极层，并用去离子水将处理后的芯片表面冲洗干净，最终完成整个电极的制作。经本步骤处理后的芯片结构如图2f所示，包括衬底1和其上形成的光波导2，光波导2上有tixwynz加热电极4和导电电极5。

下表是不同工艺参数下的样品测量得到的电学性能。其对应的样品如图4-23所示。从图中可以看出，本发有较高电阻率、较低电阻温度系数，可有效减小光波导芯片尺寸提高其热稳定性；因此，本实施例应力可控，可匹配plc、聚合物等不同应力的光波导。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。