微盤光諧振腔的制作研究.pdf

1、光諧振腔內的光的不斷循環(huán)，使得在諧振腔頻率附近的光能量的儲存成為可能，光學微諧振腔的場的作用和反作用之間的相互作用可以成為一些基礎研究領域的關鍵，例如腔量子電動力學實驗，自發(fā)發(fā)射控制，非線性光學，生物化學探測以及量子信息處理。以回音壁模式工作的高性能光學微腔(包括微柱、微盤以及微球體)以其所具有的超高品質系數，小模式體積，以及相對簡單的制作過程，使得它們成為FP型微腔以外的最有前途的腔量子電動力學研究手段?；谇涣孔与妱恿W的量子運算的

2、實現，是一種非常有前途及希望實現的量子計算方式，而構成量子計算機的基礎是量子門，運用高性能微腔可實現量子門。本文主要對采用光刻以及干法刻蝕進行微盤諧振腔制作工藝進行研究，并給出得到了通過光刻、反應離子束刻蝕、XeF<,2>刻蝕得到高Q值光微諧振腔的研制結果。論文主要工作和創(chuàng)新之處包括： 1)在國內首先通過光刻方法以及干法刻蝕方法得到高Q值微盤諧振腔，微盤腔的Q值達到約1×10<'3>。光刻法制作微盤諧振腔的制作步驟為：光刻，包括

3、基片處理，甩膠，曝光，顯影以及光刻膠的處理等；對二氧化硅層的刻蝕，以形成微諧振腔圖形；對二氧化硅層下硅層的選擇性刻蝕，形成微諧振腔支撐。采用光刻工藝方法制作高Q值微盤腔，不但可以避免滴狀和球體狀的一些不良特性，同時制作工藝保證了高Q值微盤腔制作的幾何尺寸可控性以及制作的重復性，作為隨后在量子信息和量子邏輯器件方面的實驗研究工作的技術基礎。 2)對制作過程中光刻工藝進行了實驗研究?；幚怼⑼磕z、光刻膠的前烘和后烘、曝光參數、顯影

4、參數等許多方面都影響著作為隨后刻蝕工藝掩模的光刻膠浮雕圖形質量，并最終影響微諧振腔的性能。通過實驗，我們的到了適宜的光刻工藝參數。 3)制作SiO<,2>微盤諧振腔腔體的研究。使用CHF<,3>與Ar的混合氣體反應離子束刻蝕RIBE進行SiO<,2>盤成型是可行的，反應氣體CHF<,3>的引入，可提高光刻膠掩模與SiO<,2>的選擇比，并通過調整離子能量、束流密度以及入射角度，得到較快的SiO<,2>刻蝕速率以及一定范圍內可控的

5、側壁陡直度，可用于制作符合要求的SiO<,2>微盤諧振腔圖形。在微諧振腔制作實驗中使用2：1的CHF<,3>/Ar混合氣體作為工作氣體的RIBE制作的SiO<,2>微諧振腔，得到了邊緣清晰、光滑，具有近似垂直側壁的SiO<,2>微諧振腔腔體。實驗證明，此種刻蝕方法制作SiO<,2>微諧振腔腔體具有精度高和易于進行刻蝕控制的優(yōu)點，對保證微諧振腔的幾何特征和物理特性是有利的。在國際上首次通過RIBE得到具有垂直側壁的SiO<,2>微諧振腔。

6、 4)對采用適宜的Si刻蝕方法得到SiO<,2>微盤諧振腔支撐進行實驗研究。XeF<,2>對Si進行的刻蝕是一種各向同性的刻蝕，各方向的刻蝕速率與晶向或者硅摻雜物無關，而且此反應不需要進行氣體電離，在室溫下即可進行，使用的刻蝕系統(tǒng)結構簡單，刻蝕條件易于控制?？涛g后的硅表面粗糙度與刻蝕時的XeF<,2>氣體壓強有直接的關系。針對這種刻蝕，我們研制了一種簡單的刻蝕系統(tǒng)，并成功地以光刻膠和SiO<,2>作為掩模層，實現了硅的深度刻蝕和