王培勳

隨著科技技術發展，人類對於通訊技術與計算頻寬的逐漸變高，我們急切需要一個低能耗、高帶寬的技術來取代我們使用銅導線在傳輸之間的損耗。矽光子技術得益於與CMOS製程技術的高度結合，與其高帶寬、低損耗的優勢。在未來與AI應用還有晶片內連接技術上是強力之競爭者。因此本論文研究為矽光子元件之一的微環形共振腔之衍生結構，為微環形共振腔干涉儀。且此論文側重點在於結構造成之消光比提升。 雖然微環形共振腔在模擬上也可以達到非常深之消光比，但是受限於其元件之耦合強度，在實際製程上我們並無法見證其高消光比之傳遞頻譜，這也是我們選用此結構之原因。 首先在模擬上會先使用時預有限差分法(FDTD)對微小尺度之結構進行模擬，確認傳遞特徵後使用數值模擬的方式進行後續大尺度之結構模擬。我們透過兩種模擬工具模擬出大尺度結構之傳遞場型，探討不同結構長度、耦合因數，對於消光比之影響。並模擬出在不同等校折射率下最終傳遞場型的消光比變化。且可以使用調製器對於特定波長之共振峰進行開關與消光比之調製。此結構與其調變器之使用能讓我們進一步提升在同一試片上之光學通訊上之遠距離訊號之傳遞品質，與光學偵測器、傳感器上的探測精度。 元件製程的部分，本論文選擇氮化矽作為波導材料，使用i-line Stepper步進式曝光機進行光學微影製程。 在優化製程後實現高品質因子之試片，且也透過全片製程驗證了大量生產之可能性。 量測部分我們使用1550 nm之光通訊波段進行傳遞頻譜之分析，驗證了我們在模擬之消光特性。最後我們也研究如何提升環腔品質，驗證了一些細小微結構對於品質因子之提升，可以達到50%。 透過調製器之作用讓我們得到相比於無調製器結果，有調製器的結構讓我們的消光比提升了16dB。總體達到35dB之消光值，利用此元件特性可以讓我們在通訊與感測領域有更多應用。 使用i-line Stepper步進式曝光機進行微影製程能讓我們達到大量生產且耗費成本相較於現行之DUV 、EUV深紫外光掃描式曝光機低。且能生產出不錯之高品質因子試片。此給予我們一種除了成本低廉之接觸式曝光機，與時間花費成本高之掃描式電子直寫系統設備之外的一個選擇性。