國(guó)儀量子電鏡在硅基光子學(xué)波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度測(cè)量的應(yīng)用報(bào)告

一、背景介紹

在光電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，硅基光子學(xué)波導(dǎo)作為實(shí)現(xiàn)光信號(hào)高效傳輸與處理的核心元件，在光通信、光計(jì)算、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)等前沿領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在高速光通信網(wǎng)絡(luò)中，硅基光子學(xué)波導(dǎo)能夠以極低的損耗傳輸光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的長(zhǎng)距離、高帶寬傳輸，有效緩解數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)帶來(lái)的通信壓力。在光計(jì)算領(lǐng)域，其精確的光信號(hào)操控能力為構(gòu)建高性能光計(jì)算芯片奠定基礎(chǔ)，有望推動(dòng)計(jì)算技術(shù)的跨越式發(fā)展。

然而，硅基光子學(xué)波導(dǎo)的側(cè)壁粗糙度是影響其性能的關(guān)鍵因素。理想的波導(dǎo)側(cè)壁應(yīng)光滑平整，以確保光信號(hào)在波導(dǎo)內(nèi)的傳播過(guò)程中，光能被有效限制在波導(dǎo)芯層，減少散射損耗。但在實(shí)際制造過(guò)程中，受光刻、刻蝕等工藝的限制，波導(dǎo)側(cè)壁不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定程度的粗糙度。這種粗糙度會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生散射，部分光能泄漏到波導(dǎo)外，增加傳輸損耗，降低光信號(hào)的傳輸效率和質(zhì)量。側(cè)壁粗糙度還可能影響光信號(hào)的相位一致性，對(duì)波導(dǎo)中光信號(hào)的干涉、調(diào)制等功能產(chǎn)生不利影響。側(cè)壁粗糙度受制造工藝參數(shù)，如光刻膠的質(zhì)量、刻蝕氣體的流量與時(shí)間、刻蝕設(shè)備的精度等多種因素綜合影響。因此，精準(zhǔn)測(cè)量硅基光子學(xué)波導(dǎo)的側(cè)壁粗糙度，對(duì)優(yōu)化制造工藝、提高波導(dǎo)性能、推動(dòng)硅基光子學(xué)技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要。

二、電鏡應(yīng)用能力

（一）微觀結(jié)構(gòu)成像

國(guó)儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現(xiàn)硅基光子學(xué)波導(dǎo)的微觀結(jié)構(gòu)。可精確觀察到波導(dǎo)側(cè)壁的表面形貌，判斷側(cè)壁是否存在凸起、凹陷、顆粒等微觀缺陷；呈現(xiàn)側(cè)壁與波導(dǎo)芯層及包層的界面特征，確定界面是否清晰、平整。通過(guò)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)致成像，為測(cè)量側(cè)壁粗糙度提供直觀且準(zhǔn)確的圖像基礎(chǔ)。例如，清晰的側(cè)壁成像有助于準(zhǔn)確識(shí)別和區(qū)分不同類型的微觀缺陷，這些缺陷是構(gòu)成側(cè)壁粗糙度的重要因素。

（二）側(cè)壁粗糙度分析

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠?qū)杌庾訉W(xué)波導(dǎo)的側(cè)壁粗糙度進(jìn)行精確分析。軟件通過(guò)設(shè)定合適的算法，根據(jù)側(cè)壁表面的灰度變化，量化側(cè)壁的粗糙度參數(shù)。在圖像上選取多個(gè)不同位置的區(qū)域，測(cè)量側(cè)壁的粗糙度輪廓，計(jì)算粗糙度的均方根值（RMS）、算術(shù)平均偏差（Ra）等統(tǒng)計(jì)量，評(píng)估側(cè)壁粗糙度的程度和均勻性。精確的側(cè)壁粗糙度分析為評(píng)估波導(dǎo)質(zhì)量提供量化數(shù)據(jù)支持，有助于確定受粗糙度影響嚴(yán)重的區(qū)域。

（三）粗糙度與工藝參數(shù)關(guān)聯(lián)研究

SEM3200 獲取的側(cè)壁粗糙度數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際硅基光子學(xué)波導(dǎo)制造工藝參數(shù)，能夠輔助研究粗糙度與工藝參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。通過(guò)對(duì)不同工藝條件下波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的對(duì)比分析，確定哪些工藝參數(shù)的變化對(duì)側(cè)壁粗糙度影響顯著。例如，發(fā)現(xiàn)刻蝕時(shí)間的延長(zhǎng)或刻蝕氣體流量的改變會(huì)導(dǎo)致側(cè)壁粗糙度明顯變化，為優(yōu)化制造工藝參數(shù)提供依據(jù)，以有效降低側(cè)壁粗糙度。

三、產(chǎn)品推薦

國(guó)儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是硅基光子學(xué)波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度測(cè)量的理想設(shè)備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到波導(dǎo)微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)微特征和側(cè)壁粗糙度變化。操作界面人性化，配備自動(dòng)功能，大大降低了操作難度，即使經(jīng)驗(yàn)不足的研究人員也能快速上手，高效完成測(cè)量任務(wù)。設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作仍能確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。憑借這些優(yōu)勢(shì)，SEM3200 為硅基光子學(xué)波導(dǎo)制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)提供了有力的技術(shù)支撐，助力優(yōu)化制造工藝、提高波導(dǎo)性能，推動(dòng)硅基光子學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。