Fortschrittliche Sol-Gel-Technologie für Wellenleiter

Die klaren Vorteile der Sol-Gel-Technologie für Niedertemperatur-Dünnfilmanwendungen könnten auf verschiedenen Gebieten bedeutende Innovationen bringen – beispielsweise in der Optoelektronik. Deshalb wurden in einem von der EU finanzierten Projekt verschiedene Sol-Gel-Rezepturen zur Herstellung von Dreischicht-Wellenleitern entwickelt, die zuverlässig einen hohen Leitungswirkungsgrad mit minimalen optischen Verlusten ermöglichen.

Die Sol-Gel-Technologie ist zu einem der vielseitigsten Verfahren für die Herstellung von Keramik- und Glaswerkstoffen mit einzigartigen Eigenschaften geworden. In diesem Projekt sollten gezielt neue Rezepturen für Sol-Gel-Materialien entwickelt werden, die für die UV-Verdichtung von effektiven und kontrollierbar hergestellten Strukturen für Anwendungen in der Optoelektronik optimiert sind. Konkret entstanden in diesem Projekt unterschiedliche Rezepturen für Sol-Gel-Lösungen zur Entwicklung eines Wellenleiters aus drei Schichen, namentlich der Puffer-, der Leiter- und der Schutzschicht.

Unter Verwendung eines 4-Zoll-Siliziumwafers wurde bei der entwickelten Pufferschicht ein Brechungsindex von 1,48-1,49 bei einer Dicke von 6mm erzielt. Für das Kernelement von Siliziumdioxid-Planarwellenleitern wurden zwei verschiedene lichtempfindliche Sol-Gel-Rezepturen (mit und ohne Fotoinitiatoradditive) hergestellt. Mit diesem lichtempfindlichen Sol-Gel-Material auf Siliziumdioxidbasis wurde eine Lichtleitschicht mit einem Brechungsindex zwischen 1,49 und 1,50 und einer Dicke von 20mm hergestellt. Die Schutzschicht schließlich weist einen Brechungsindex zwischen 1,48 und 1,49 bei einer Dicke von 5mm auf.

Die Verwendung von Sorten mit niedrigem Molekulargewicht in der leitenden Schicht ermöglicht einen hohen Lichtleitwirkungsgrad, der durch eine bedeutende Senkung der optischen Verluste aufgrund von Streueffekten erzielt wird. Die gewöhnlich verwendeten Fotoinitiatoradditive führen zu einem Aufquellen und zu Pockenbildung bei der Sol-Gel-Matrix beim Belichten, was eine Vielzahl von Materialdefekten und entsprechend viel Ausschuss verursacht. Letztere sind die Hauptquellen für optische Verluste. Um diese auszugleichen, kann eine spezielle Sol-Gel-Rezeptur dienen, die nach der durch ultraviolettes Licht hervorgerufenen Quervernetzung zur Entstehung eines sehr guten Verbundmaterials führt.

Alle Schichten wurden wohldefiniert mit speziellen Verfahren erzeugt, die eine kontrollierbare und gleichmäßige Filmdicke gewährleisten. Darüber hinaus erreichen die Filme Temperaturen bis zu 250°C und zeigen dabei eine enorme Beständigkeit ohne jede Farbveränderung und eine extrem geringere Häufigkeit von Rissen. Das Endergebnis ist ein formulierter Werkstoff von höherem Brechungsindex und hochgradig gebundener Mikrostruktur. Unter Verwendung von vier Arten von lichtempfindlichen Lösungen wurde im Projekt außerdem eine Reihe von Filmen mit verbesserten Eigenschaften entwickelt. Dazu zählen beispielsweise piezoelektrische Eigenschaften, für die es in der Telekommunikation zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten gibt.

Kontakt

Patrick Kelly

National University of Ireland
National Microelectronics Research Centre
Prospect Row
30
Cork
IRELAND
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