專利名稱：短小光波導芯片的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種光波導芯片的測量方法，尤其是一種能夠快速找出短小芯片輸出光信號的最強位置、排除雜散信號干擾的測量方法。
背景技術：
隨著微納米加工技術的不斷進步，光波導芯片的尺寸也逐漸由厘米、毫米向微米量級過度，因為波長尺度的光波導有著獨特的性質。以SOI(Silicon-on-insulator)材料為例，當SOI光波導的橫截面尺寸與單模光纖的孔徑相當時，實現900光路彎曲的波導長度長達幾千微米，但是，如果是深刻蝕的SOI納米線波導或者光子晶體波導，其橫截面尺寸為幾百納米，但實現900彎曲的波導長度僅需幾微米。可見，光波導器件的小型化有利于實現大規模的芯片集成，且芯片的總體損耗也更低。但是，由此衍生出來的問題是芯片測試難度的加大。這是因為，光波導的橫截面與光纖端面差異巨大，由此引起的耦合損耗大于30dB，而且，微米尺度的芯片使測試時直接找到最佳光信號的輸出位置也十分困難。
芯片測試前首先需要解理、使波導端面從芯片兩端露出而方便測量。常規的解理方法是，首先使襯底減薄至100微米左右，再從正面直接解理。這種方法有兩個缺點，一是解理位置由于人為操作原因可能存在很大偏差，而一旦有偏差再次解理幾乎是不可能的；二是芯片薄而脆，很容易被鑷子夾傷、夾碎，且測量時襯底輻射光的影響將十分明顯。因此，這種解理方法對于總體長度僅為幾百微米的光波導芯片并不適用。
透鏡光纖最早是為降低半導體激光器的輸出損耗而引入的，近年來也應用于光波導器件的測試封裝。但是，當芯片尺寸僅為幾百納米時，由于波導芯層很薄導致輸出光信號易受雜散光的影響，而直接用透鏡光纖接受光信號是很難排除背景光干擾的，一種經常發生的情況是接受到的光強很大，但是否完全是信號光則很難確定。
發明內容
本發明的目的在于提供一種測量短小光波導芯片的方法，這種方法能夠很好的實現芯片解理、提高光纖與芯片的耦合效率、排除非信號光的干擾，可以廣泛應用于各種集成光學芯片的測試。
本發明是一種短小光波導芯片的測量方法，該測量方法是使用由激光器、輸入透鏡光纖、芯片、凸透鏡、顯示屏、輸出透鏡光纖和探測設備組成的設備進行的測量，其特征在于，包括如下步驟(1)首先對經解理露出了波導端面的芯片用粘合劑粘在一段反光的材料上；(2)在芯片的輸入端采用輸入透鏡光纖引入光信號，芯片的輸入端位于輸入透鏡光纖輸出光最強點的位置，從芯片輸出的光信號經凸透鏡成像于顯示屏，通過成像光斑判斷芯片的通光情況并找出凸透鏡的最佳位置點；(3)之后把輸出透鏡光纖置于所述凸透鏡的最佳成像點處以使接受到的芯片輸出信號最強，該信號經光纖傳輸到探測設備，由此得到芯片的傳輸譜及波導損耗特性；(4)完成芯片的測量，將芯片與反光材料分離。
其中所用粘合劑是氰基丙烯酸酯粘合劑、白乳膠、雙面膠帶的瞬間粘合材料。
其中反光材料是表面拋光的半導體晶圓材料。
其中芯片粘在反光材料上的位置應靠近凸透鏡一側以位于透鏡的成像調節范圍內。
其中所述凸透鏡的放大倍數不小于10倍。
其中所述透鏡光纖是拉錐或者是磨錐光纖。
其中測試完成后芯片與反光材料用丙酮溶液浸泡從而分離。
為進一步說明本發明的內容及特點，以下結合附圖及實施例對本發明作詳細的描述，其中圖1是用常規解理方法解理后的波導芯片；圖2是本發明實施的背面劃槽解理方法的實驗結果；圖3是本發明實施的短小波導芯片測量方案的步驟圖；圖4是本發明實施的短小波導芯片測量方案的器件位置示意圖；具體實施方式
下面結合附圖，通過實施例對本發明實施的超小光波導芯片的測量方法進行詳細地說明。
請參閱圖3所示，本發明一種短小光波導芯片的測量方法，該測量方法是使用由激光器、輸入透鏡光纖、芯片、凸透鏡、顯示屏、輸出透鏡光纖和探測設備組成的設備進行的測量，其特征在于，包括如下步驟(1)首先對經解理露出了波導端面的芯片用粘合劑粘在一段反光的材料上(S01)；該粘合劑是氰基丙烯酸酯粘合劑、白乳膠、雙面膠帶的瞬間粘合材料；該反光材料是表面拋光的半導體晶圓材料；該芯片粘在反光材料上的位置應靠近凸透鏡一側以位于透鏡的成像調節范圍內；所述凸透鏡的放大倍數不小于10倍；(2)在芯片的輸入端采用輸入透鏡光纖引入光信號，芯片的輸入端位于輸入透鏡光纖輸出光最強點的位置(S02)，從芯片輸出的光信號經凸透鏡成像于顯示屏，通過成像光斑判斷芯片的通光情況并找出凸透鏡的最佳位置點；所述透鏡光纖是拉錐或者是磨錐光纖；(3)之后把輸出透鏡光纖置于所述凸透鏡的最佳成像點處以使接受到的芯片輸出信號最強，該信號經光纖傳輸到探測設備(S03)，由此得到芯片的傳輸譜及波導損耗特性；(4)完成芯片的測量，將芯片與反光材料分離(S04)，其中測試完成后芯片與反光材料用丙酮溶液浸泡從而分離。
實施例首先把待解理的完整芯片送入劃片機，芯片背面粘于藍膜(或其他用于粘住芯片的薄膜)而正面朝上。在遠離芯片圖形的位置劃深槽，并測出該槽距離圖形和芯片一側邊緣的距離。把芯片退出劃片機，接著把它背面朝上而正面粘于藍膜，根據已經測出的前一劃痕至圖形待解理位置的距離，在芯片中劃出一條淺槽，該槽底部距離芯片正面留有100微米的距離。再次把芯片退出劃片機、從藍膜中取下，在顯微鏡下照著背面的淺槽印記進行人工解理。采用該方法解理后的芯片放大圖示于圖2，可以看出左右兩側解理邊較圖1中常規方法的解理邊直，有利于測試時與光纖的耦合。
請參閱圖4所示，劃片后的芯片表面上將粘由藍膜的顆粒，這將對芯片中的光傳輸產生一定的散射損耗。為此，首先把解理后的短小芯片4浸泡在98％的濃硫酸∶40％的雙氧水＝3∶1的溶液中，并加熱至溶液中有大量氣泡不斷冒起，待溶液冷卻后把芯片4用去離子水振蕩清洗30遍以上，用氮氣槍吹干后置于丙酮溶液中，并在超聲清洗機內清洗10分鐘，取出芯片4置于盛有無水乙醇的燒杯中，以溶解除去殘留的丙酮溶液，接著用去離子水清洗芯片20遍以上，最后用氮氣吹干。如此可以把芯片4表面的大量雜質顆粒去除，使得隨后的測量結果更加精確。
解理后的波導芯片4其寬度即波導長度一般為幾百微米，找一段寬度約為2mm且表面經過拋光處理的硅片3，用尖頭鑷子從502膠水瓶中蘸取少量膠水，并涂于硅片的一側上，膠水涂覆的長度約與波導芯片4長度相等，但涂覆的寬度應小于芯片4的寬度，避免粘住芯片4后部分膠水從芯片4下部被壓溢出來而影響硅片3表面的反光度，從而影響輸入拉錐光纖1與芯片4輸入端的對準。隨后把芯片4輕放在涂覆了膠水的硅表面上，沿芯片4寬度的一側盡量與硅片的端面齊平，即芯片4的輸出端應靠近硅片一側的邊緣，以方便凸透鏡的調節。芯片4粘緊后就能防止用鑷子轉移芯片4時芯片丟失或損傷，同時把芯片4墊高而有利于排除襯底光的影響，也有利于對準和調節輸入拉錐光纖1和輸出拉錐光纖2的位置。同時，垂直放置的顯微鏡5利用硅片3表面的反射光能夠給出芯片4和輸入拉錐光纖1及輸出拉錐光纖2的相對位置、便于調節位置對準。
首先把輸入拉錐光纖1與芯片4的一個通光口對準，二者在水平方向上的相對位置可由垂直放置的顯微鏡5判斷，而垂直方向上的相對位置則由水平放置的顯微鏡6判斷。分別調節輸入拉錐光纖1和放置芯片4的樣片臺使輸入光盡可能的耦合到芯片4波導層中。在芯片的輸出端，用放大20倍的凸透鏡接收輸出光，成像光斑將顯示于顯示屏上。不斷調整凸透鏡的位置使成像光斑最亮并能最大程度地排除襯底輻射光的影響。如果始終無法在顯示屏上形成光斑，則可以斷定相應的波導是不通光的。記下凸透鏡的最佳位置，以便于隨后的輸出拉錐光纖2與芯片4的對準，同時也避免測量經光斑檢查不通光的波導。
把輸出拉錐光纖2調至前述凸透鏡的相應位置，輸出拉錐光纖2的另一端與光功率計相連。適當微調輸出拉錐光纖2使得光功率計探測到的光功率最大。之后，再輕微調節輸入拉錐光纖1的位置，進一步保證光功率計得到的功率最大化，此時即完成輸入拉錐光纖1、待測量的波導芯片4和輸出拉錐光纖2的精確對準，盡可能的避免了測量誤差。測量波導的傳輸譜等特性時，直接把輸入拉錐光纖1與可調激光器相連，掃描一定的波長范圍即可測得該范圍內波導的傳輸曲線。
測試完成后，首先分別移開輸出拉錐光纖1和輸出拉錐光纖2，避免它們與芯片的碰撞而損壞光纖頭。把粘有芯片4的硅片2用鑷子取下，浸泡在丙酮溶液中，不斷搖晃振蕩，待芯片4與硅片3在溶液中分離后，用鑷子取出，分別用無水乙醇和去離子水清洗，最后用氮氣槍吹干芯片4后即可保存樣品。
權利要求
1.一種短小光波導芯片的測量方法，該測量方法是使用由激光器、輸入透鏡光纖、芯片、凸透鏡、顯示屏、輸出透鏡光纖和探測設備組成的設備進行的測量，其特征在于，包括如下步驟(1)首先對經解理露出了波導端面的芯片用粘合劑粘在一段反光的材料上；(2)在芯片的輸入端采用輸入透鏡光纖引入光信號，芯片的輸入端位于輸入透鏡光纖輸出光最強點的位置，從芯片輸出的光信號經凸透鏡成像于顯示屏，通過成像光斑判斷芯片的通光情況并找出凸透鏡的最佳位置點；(3)之后把輸出透鏡光纖置于所述凸透鏡的最佳成像點處以使接受到的芯片輸出信號最強，該信號經光纖傳輸到探測設備，由此得到芯片的傳輸譜及波導損耗特性；(4)完成芯片的測量，將芯片與反光材料分離。
2.根據權利要求1所述的短小光波導芯片的測量方法，其特征在于，其中所用粘合劑是氰基丙烯酸酯粘合劑、白乳膠、雙面膠帶的瞬間粘合材料。
3.根據權利要求1所述的短小光波導芯片的測量方法，其特征在于，其中反光材料是表面拋光的半導體晶圓材料。
4.根據權利要求1所述的短小光波導芯片的測量方法，其特征在于，其中芯片粘在反光材料上的位置應靠近凸透鏡一側以位于透鏡的成像調節范圍內。
5.根據權利要求1所述的短小光波導芯片的測量方法，其特征在于，其中所述凸透鏡的放大倍數不小于10倍。
6.根據權利要求1所述的短小光波導芯片的測量方法，其特征在于，其中所述透鏡光纖是拉錐或者是磨錐光纖。
7.根據權利要求1所述的短小光波導芯片的測量方法，其特征在于，其中測試完成后芯片與反光材料用丙酮溶液浸泡從而分離。
全文摘要
一種短小光波導芯片的測量方法，是使用由激光器、輸入透鏡光纖、芯片、凸透鏡、顯示屏、輸出透鏡光纖和探測設備組成的設備進行的測量，包括首先對經解理露出了波導端面的芯片用粘合劑粘在一段反光的材料上；在芯片的輸入端采用輸入透鏡光纖引入光信號，芯片的輸入端位于輸入透鏡光纖輸出光最強點的位置，從芯片輸出的光信號經凸透鏡成像于顯示屏，通過成像光斑判斷芯片的通光情況并找出凸透鏡的最佳位置點；把輸出透鏡光纖置于所述凸透鏡的最佳成像點處以使接受到的芯片輸出信號最強，該信號經光纖傳輸到探測設備，由此得到芯片的傳輸譜及波導損耗特性；完成芯片的測量。
文檔編號G01M11/00GK101093183SQ200610089350
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月21日 優先權日2006年6月21日
發明者余和軍, 余金中, 邢波 申請人:中國科學院半導體研究所