用于高效电光聚合物马赫-曾德尔调制器的增强型极化与渗透工艺

制备了一种超窄缝隙波导，用于高效、基于电光聚合物的集成光学调制器。测量结果表明，在硅-有机混合平台上，采用该超窄缝隙波导的平衡马赫-曾德尔调制器可实现低于 1.2 V·mm 的 $V_\pi L$。模拟得到的 $V_\pi L$ 为 0.35 V·mm。除改进标准工艺外，我们开发了两种新颖的制备工艺，以实现具有高调制灵敏度的微型化器件。为提升紧凑性并减小整体 footprint，我们采用了一种基于厚热回流 MaN 2410 电子束抗蚀剂上空气桥互连的制备方案，该抗蚀剂由氧化铝层保护。为克服大电流及聚合物向超窄缝隙中渗透不完美的挑战，我们采用精心设计的原子级薄 TiO$_2$ 层作为载流子势垒，以增强电光聚合物的极化效率。此外，采用时域有限差分模拟优化该薄 TiO$_2$ 层的作用。与其他未优化的情况相比，我们测得的峰值电流降低了 3 倍；扫描电子显微镜图像亦表明我们实现了近乎完美的渗透。研究表明，TiO$_2$ 层引起的总电容预期增加可忽略不计。事实上，将我们的 TiO$_2$ 表面处理应用于超窄缝隙，可使 10 nm TiO$_2$ 层获得约 94% 的改进相移效率 ($\partial n / \partial V$)。