氮化硅(Si 3 N 4)是非线性光学的不断成熟的集成平台,但主要考虑三阶[χ(3)]非线性相互作用。最近,二阶[χ(2)]非线性通过光钙效应引入Si 3 N 4中,从而导致准时铭文 - 匹配χ(2)光栅。然而,光藻素效应在微孔子中的全部潜力在很大程度上尚未探索级联效应。在这里,我们报告了正常分散体Si 3 N 4微孔子中的χ(2)和χ(3)非线性效应。我们认为,光诱导的χ(2)光栅还为总频率生成过程提供了相匹配,从而实现了主梳的启动和连续切换。此外,双重谐振泵和第二谐波场允许有效的第三谐波生成,其中鉴定出二次光学写入χ(2)光栅。最后,我们到达从总和 - 耦合初级梳子中演变的宽带微重尸状态。这些结果扩大了微孔子中级联效应的范围。
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摘要:氮化硅 (Si3N4) 是开发低损耗光子集成电路的理想候选材料。然而,标准光纤和 Si3N4 芯片之间的有效光耦合仍然是一项重大挑战。对于垂直光栅耦合器,较低的折射率对比度会导致较弱的光栅强度,从而导致较长的衍射结构,限制了耦合性能。随着混合光子平台的兴起,采用多层光栅排列已成为提高 Si3N4 耦合器性能的一种有前途的策略。在本文中,我们介绍了一种用于带有非晶硅 (α-Si) 覆盖层的 Si3N4 平台的高效表面光栅耦合器的设计。表面光栅完全形成在 α-Si 波导层中,利用亚波长光栅 (SWG) 设计的超材料,可通过单步图案化轻松实现。这不仅为控制光纤-芯片耦合提供了额外的自由度,而且还有助于移植到现有的代工厂制造工艺。使用严格的三维 (3D) 有限差分时域 (FDTD) 模拟,设计了一种超材料工程光栅耦合器,其耦合效率为 − 1.7 dB,工作波长为 1.31 µ m,1 dB 带宽为 31 nm。我们提出的设计为氮化硅集成平台提供了一种开发高效光纤芯片接口的新方法,可用于数据通信和量子光子学等广泛应用。
摘要:本文结合数值分析和实验验证,研究了基于氮化硅 (Si3N4) 平台的脊形波导的波长相关灵敏度。在第一部分中,详细分析了 Si3N4 脊形波导的模式特性,重点分析了有效折射率 (neff)、衰减场比 (EFR) 和传播损耗 (αprop)。这些参数对于理解引导光与周围介质的相互作用以及优化用于传感应用的波导设计至关重要。在第二部分中,通过实验证明了基于 Si3N4 波导的赛道环谐振器 (RTRR) 的波长相关灵敏度。结果表明,随着波长从 1520 nm 移至 1600 nm,RTRR 的灵敏度明显提高,从 116.3 nm/RIU 上升到 143.3 nm/RIU。这一趋势为设备在较长波长下的增强性能提供了宝贵的见解,强调了其在需要在该光谱范围内高灵敏度的应用方面的潜力。
摘要。X射线探测器用于太空天体物理任务易受噪声,该光子受到工作能量范围以外的能量的光子引起的噪声;因此,需要有效的外部光学阻断过滤器来保护检测器免受偏离辐射的影响。这些过滤器在满足X射线探测器的科学要求中起着至关重要的作用,并且它们在任务生活中的适当操作对于实验活动的成功至关重要。我们研究了由氮化硅和铝制成的薄三明治膜,作为空间任务中高能检测器的光学阻滞过滤器。在这里,我们报告了厚度在40 nm至145 nm的sin膜的多技术表征的结果,两侧有几十纳米的纳米含量。,我们已经测量了同步辐射束线时的X射线传输,紫外线的排斥,可见和近红外辐射,X射线光电谱的铝表面上天然氧化物的量,通过原子力显微镜的样品表面的形态和蛋白质效应。
使用不同靶到基片距离的化学计量氮化硅靶,通过射频磁控溅射在单面 P 型抛光掺硼硅晶片基片上沉积氮化硅薄膜。改变靶到基片的间距(非常规参数)以优化表面粗糙度和晶粒尺寸。这种优化提供了均匀、密集的氮化硅薄膜的正态分布,没有表面裂纹。采用原子力显微镜探索氮化硅薄膜的精确表面粗糙度参数。所有样品的表面粗糙度和晶粒分析都表现出直接关系,并与靶到基片的间距呈反比关系。通过以下参数分析了 Si3N4 的表面形貌:平均粗糙度、均方根粗糙度、最大峰谷高度、十点平均粗糙度、线的偏度和峰度。氮化硅薄膜的表面粗糙度在基于氮化硅波导的生物传感器制造中具有重要意义。 (2022 年 8 月 4 日收到;2023 年 4 月 3 日接受) 关键词:原子力显微镜、射频磁控溅射、氮化硅、靶材到基板间距、薄膜 1. 简介 氮化硅具有卓越的光学、化学和机械性能,是微电子学中用作电介质和钝化层 [1] 以及微机电系统 (MEMS) 中结构材料最广泛的材料 [2, 3]。氮化硅薄膜由于其在可见光和近红外 (NIR) 区域的高折射率和透明度,在光电子应用中也发挥着至关重要的作用 [4, 5]。氮化硅薄膜在光电子领域的主要应用是基于光波导的生物传感器作为平面光波导 [6-8]。平面光波导是一种三层结构,其中通常称为芯的高折射率薄膜夹在两个低折射率膜(称为下包层和上包层)之间。平面波导内部的光传播基于全内反射原理。据报道,光波导中芯体表面的粗糙度是造成波导边界处光传播损耗的原因 [10, 11]。这是由于界面处的反射和折射现象而不是全内反射造成的。芯体的粗糙表面可以将光散射到不同方向。芯体和包层之间的折射率差 ∆n 越大,光在芯体中的限制就越大。因此,由于氮化硅的折射率约为 2,而二氧化硅的折射率约为 1,因此二氧化硅/氮化硅/二氧化硅的特定结构是平面光波导的合适候选材料。46 作为上下包层,折射率差 ∆n ~ 0.5[9]。Si 3 N 4 薄膜通过低压化学气相沉积、热蒸发、等离子体增强化学气相沉积和磁控溅射系统制备[12-16]。然而,磁控溅射技术由于无毒气体、低温沉积、易于调节沉积速率和沉积系统简单而比 PECVD 技术具有相当大的优势[17]。薄膜的常规参数
利用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 在低温下无损伤、无应力地沉积化学计量的氮化硅是微电子、微机电系统 (MEMS) 等各种应用领域中的一个重要课题。本研究研究了氮化硅 PECVD (LAPECVD) 过程中激光辅助对沉积的 Si 3 N 4 薄膜的物理和化学特性的影响。由于反应气体的分解作用增强,在 80 ◦ C 下用 193 nm 激光辅助的 LAPECVD 显示出比 PECVD 更高的沉积速率。此外,沉积的氮化硅薄膜的 N/Si 化学计量比和残余应力也得到了改善。当氮化硅直接沉积在有机发光二极管 (OLED) 上进行薄膜钝化时,LAPECVD 没有观察到电气损坏,这可能是因为激光辅助沉积在 OLED 表面覆盖了一层薄薄的氮化硅层,而传统的 PECVD 则因直接暴露于等离子体而导致离子轰击导致器件损坏。我们相信 LAPECVD 系统可用于各种下一代微电子行业,这些行业需要在低温 PECVD 期间以最小的损坏进行高质量的薄膜沉积。
集成克尔量子频率梳 (QFC) 具有产生多个可扩展量子态的潜力,已成为宽带纠缠的紧凑、稳定和基本资源。在这里,我们构建了一个通过片上氮化硅微环谐振器设计二分纠缠 QFC 的平台。通过建立克尔非线性微谐振器的系统量子动力学,我们的平台可以支持多达 12 个连续变量量子模式,形式为受磁滞影响的六个同时双模压缩对。频率模式对的纠缠度取决于谐振器结构和环境温度。通过调节腔体温度,我们可以在特定的注入泵浦功率和泵浦失谐下优化纠缠性能。我们全面的 QFC 设计流程和纠缠分布控制可以改善纠缠的产生和优化。
1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室,北京 100029;liyongliang@ime.ac.cn(YL);zhouna@ime.ac.cn(NZ);xiongwenjuan@ime.ac.cn(WX);zhangqingzhu@ime.ac.cn(QZ);duanyan@ime.ac.cn(AD);gaojianfeng@ime.ac.cn(JG);kongzhenzhen@ime.ac.cn(ZK);linhongxiao@ime.ac.cn(HL);xiangjinjuan@ime.ac.cn(JX);lichen2017@ime.ac.cn(CL);yinxiaogen@ime.ac.cn(XY);wangxiaolei@ime.ac.cn(XW);yanghong@ime.ac.cn(HY);maxueli@ime.ac.cn(XM); hanjianghao@ime.ac.cn (JH); tyang@ime.ac.cn (TY); lijunfeng@ime.ac.cn (JL); yinhuaxiang@ime.ac.cn (HY); zhuhuilong@ime.ac.cn (HZ); luojun@ime.ac.cn (JL); rad@ime.ac.cn (HHR) 2 中国科学院大学微电子研究所,北京 100049 3 北京有色金属研究总院智能传感新材料国家重点实验室,北京 100088 4 北方工业大学电子信息工程学院,北京 100144;zhangj@ncut.edu.cn (JZ); tairanhu1@gmail.com (TH); chrisaigakki@gmail.com (ZC) 5 中瑞典大学电子设计系,Holmgatan 10, 85170 Sundsvall,瑞典 * 通讯地址:lijunjie@ime.ac.cn (JL);wangguilei@ime.ac.cn (GW);wangwenwu@ime.ac.cn (WW);电话:+ 86-010-8299-5508 (WW)
a 电子和计算机技术系,卡塔赫纳理工大学,30202 卡塔赫纳,西班牙 b 马德里康普顿斯大学 Física Aplicada III 系,28040 马德里,西班牙 c 萨里大学离子束中心,吉尔福德 GU2 7XH,英国 d 研究所Tecnológico e Nuclear, Estrada Nacional 10, 2686-953 Sacavém, 葡萄牙 e 南岸大学工程、科学和技术学院, 103 Borough Road, London SE1 0AA, United Kingdom