國儀量子電鏡在硅基光子學波導側壁粗糙度測量的應用報告

一、背景介紹

在光電子技術蓬勃發(fā)展的當下，硅基光子學波導作為實現(xiàn)光信號高效傳輸與處理的核心元件，在光通信、光計算、生物醫(yī)學光子學等前沿領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。在高速光通信網絡中，硅基光子學波導能夠以極低的損耗傳輸光信號，實現(xiàn)信息的長距離、高帶寬傳輸，有效緩解數(shù)據(jù)流量增長帶來的通信壓力。在光計算領域，其精確的光信號操控能力為構建高性能光計算芯片奠定基礎，有望推動計算技術的跨越式發(fā)展。

然而，硅基光子學波導的側壁粗糙度是影響其性能的關鍵因素。理想的波導側壁應光滑平整，以確保光信號在波導內的傳播過程中，光能被有效限制在波導芯層，減少散射損耗。但在實際制造過程中，受光刻、刻蝕等工藝的限制，波導側壁不可避免地會出現(xiàn)一定程度的粗糙度。這種粗糙度會導致光信號在傳播過程中發(fā)生散射，部分光能泄漏到波導外，增加傳輸損耗，降低光信號的傳輸效率和質量。側壁粗糙度還可能影響光信號的相位一致性，對波導中光信號的干涉、調制等功能產生不利影響。側壁粗糙度受制造工藝參數(shù)，如光刻膠的質量、刻蝕氣體的流量與時間、刻蝕設備的精度等多種因素綜合影響。因此，精準測量硅基光子學波導的側壁粗糙度，對優(yōu)化制造工藝、提高波導性能、推動硅基光子學技術發(fā)展至關重要。

二、電鏡應用能力

（一）微觀結構成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現(xiàn)硅基光子學波導的微觀結構?？删_觀察到波導側壁的表面形貌，判斷側壁是否存在凸起、凹陷、顆粒等微觀缺陷；呈現(xiàn)側壁與波導芯層及包層的界面特征，確定界面是否清晰、平整。通過對微觀結構的細致成像，為測量側壁粗糙度提供直觀且準確的圖像基礎。例如，清晰的側壁成像有助于準確識別和區(qū)分不同類型的微觀缺陷，這些缺陷是構成側壁粗糙度的重要因素。

（二）側壁粗糙度分析

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠對硅基光子學波導的側壁粗糙度進行精確分析。軟件通過設定合適的算法，根據(jù)側壁表面的灰度變化，量化側壁的粗糙度參數(shù)。在圖像上選取多個不同位置的區(qū)域，測量側壁的粗糙度輪廓，計算粗糙度的均方根值（RMS）、算術平均偏差（Ra）等統(tǒng)計量，評估側壁粗糙度的程度和均勻性。精確的側壁粗糙度分析為評估波導質量提供量化數(shù)據(jù)支持，有助于確定受粗糙度影響嚴重的區(qū)域。

（三）粗糙度與工藝參數(shù)關聯(lián)研究

SEM3200 獲取的側壁粗糙度數(shù)據(jù)，結合實際硅基光子學波導制造工藝參數(shù)，能夠輔助研究粗糙度與工藝參數(shù)之間的關聯(lián)。通過對不同工藝條件下波導側壁粗糙度的對比分析，確定哪些工藝參數(shù)的變化對側壁粗糙度影響顯著。例如，發(fā)現(xiàn)刻蝕時間的延長或刻蝕氣體流量的改變會導致側壁粗糙度明顯變化，為優(yōu)化制造工藝參數(shù)提供依據(jù)，以有效降低側壁粗糙度。

三、產品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是硅基光子學波導側壁粗糙度測量的理想設備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到波導微觀結構的細微特征和側壁粗糙度變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成測量任務。設備性能穩(wěn)定可靠，長時間連續(xù)工作仍能確保檢測結果的準確性與重復性。憑借這些優(yōu)勢，SEM3200 為硅基光子學波導制造企業(yè)、科研機構提供了有力的技術支撐，助力優(yōu)化制造工藝、提高波導性能，推動硅基光子學技術的進步與發(fā)展。