王培勳

隨著科學技術的發展，光子元件因其獨特的特性，像是高集成度、大規模製造、低功耗和高靈敏度，受到了廣泛關注。這些特性使其在高速計算、通訊和化學/生物傳感等應用中非常適用。在金屬氧化物半導體（CMOS）製造技術的幫助下，光子集成電路（PICs）展示了在光通信、生物化學傳感、微波合成器和非線性光學等多種應用中的潛力，提供了在光子學和光電學領域中的緊湊、集成和可擴展的製造能力。在各種光子技術中，微環形共振腔對於在晶片上實現光學功能發揮重要作用。通過有效地將光從直波導耦合到環型共振腔內，共振腔內在特定頻率下表現出獨特的光學響應，具有增強的腔內功率。這一特性為晶片上的非線性光學鋪平了道路。同時，通過電訊號外部改變共振腔頻率的能力提供了調製和過濾功能。如今，使用不同材料去製造我們的微環形共振腔得到了廣泛的研究，如矽、聚合物、氮化矽（Si3N4）和III-V族材料，而本論文使用聚合物(SU8)及氮化矽來做為波導的材料，甚至將兩者作結合，去比較它們，而從中可以發現聚合物(SU8)比起氮化矽在製作我們的元件時，聚合物(SU8)波導在製作上有較大的靈活性，且只需經過微影製程就可以得到我們想要的結構，達到了省時且省力的優點，但是他的缺點就是無法承受後段的高溫製程，接著是本論文所製作的低限制氮化矽波導，它與現今的CMOS製程有更好的匹配程度，而且由於氮化矽薄膜較薄，可以使光傳遞在品質較好的氧化層中，使其能降傳輸損耗，還能增加耦合效率，不過它需經過蝕刻的製程，容易在過程中遇到像是側壁垂直度較差、表面較為粗糙等問題，所以為了結合上述的優點，我們製作出混合型波導，不僅可以有靈活的設計，且不需經過蝕刻製程，還可達成和低限制氮化矽波導一樣，可以使光能傳遞在品質較好的薄膜中，使其能降傳輸損耗，還能增加耦合效率。最近，光波導進一步作為光學模組集成在同一包裝或芯片中，稱為共同光學封裝（CPO）。與安裝在板上的獨立光學模組不同，CPO提供了更低的能耗和延遲，使下一代數據中心的光通訊和網絡系統更加高效和可擴展。然而，在大多數專注於矽光子的研究中，常見的基板仍然是矽或藍寶石基板（用於III-V族晶體生長）。此外，通常需要在矽基板上沉積厚度超過2 μm的二氧化矽（SiO2）層作為絕緣層，這大大限制了製造過程的靈活性。與傳統的矽基板相比，玻璃基板現在已成為半導體封裝的首選載體基板，特別是在顯示器和便攜設備中。由於與SiO2層具有可比的折射率，玻璃基板本質上防止了波導到基板的大多數核心層的光學洩漏。玻璃基板潛在地提供了光學組件的無縫組裝，實現了光纖到波導的互連、CPO和集成平台內多芯片模塊的創建。然而，由於玻璃基板的加工溫度較低，波導材料受到限制，因此波導損耗仍然較高。