王培勳

近年來，光子集成電路（PICs）在光通信、生物和化學感測、微波合成器和非線性光子學等領域展現出巨大潛力。利用成熟的互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術，PICs 提供了緊湊、集成和可以擴展的製造方法。波導共振腔在這些技術中起關鍵作用，提供感測、調制和濾波功能。早期，電子束微影（EBL）因其高解析度成為製造高品質共振腔的主要技術，但耗時且昂貴，不適合大規模製造。為了克服這一問題，接觸式、深紫外（DUV）和 I-line步進式微影被提出，雖然成本降低，但仍需無塵室設施，且解析度也因此受到影響。最近，奈米壓印微影（NIL）提供了一個簡單、低成本且高通量的製造方法。NIL利用精細模具壓印到基板上，製造了金屬透鏡、電子器件和等離子體組件。基於聚合物的波導共振腔的品質因子高達105，展示了大規模生產低損耗奈米元件的潛力。然而，先前的研究主要集中在聚合物波導，少數研究探討了介電材料波導在 PIC 應用中的潛力，但未展現光學功能。在本篇論文中，我們使用NIL製造了具有高品質因子的Si3N4波導共振腔。本論文研究得出了一些新發現。首先，我們通過NIL在Si3N4薄膜上製造了品質因子高達1.5×105且消光比約為16 dB的高品質波導共振腔。相比於之前的低損耗Si3N4光子波導，波導共振腔顯示出實現集成光學功能（如調制器和濾波器）的潛力。其次，結合熱壓印和紫外（UV）奈米壓印技術來製造模具和壓印波導共振腔元件，提供了更好的壓印質量和NIL 製造靈活性。通過適當設計波導幾何結構，展示的脊形波導在正常色散範圍內提供約-35 ps/nm/km的低波導色散。最後，通過微加熱器展示了腔體共振的可調性。這項工作展示了NIL在PIC應用中的潛力。