СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2022 года по МПК F04D17/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области изготовления интегрально-оптических схем (ИОС) на основе сегнетоэлектрических или пироэлектрических кристаллов (например, ниобата лития, танталата лития и пр.). Более конкретно, изобретение относится к способам улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, в именно снижения влияния пироэлектричского эффекта и паразитных отражений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ИОС может представлять собой параллелепипед из оптического материала, в глубине и/или на поверхности которого изготовлены оптические волноводы. Ввод и вывод оптического излучения в интегрально-оптическую схему осуществляется, зачастую, с помощью пигтейлов. Пигтейлы крепятся к торцам ИОС на оптический клей.

При распространении оптического сигнала в ИОС возникают паразитные оптические отражения (радиационные моды). Причиной их возникновения могут являться несовершенства областей соединения интегрально-оптической схемы с оптическим волокном (в области пигтейлов), структурные неоднородности оптических волноводов, конструктивные особенности оптических элементов ИОС (оптических делителей, сумматоров и пр.) и особенности распространения оптического сигнала в них с различными параметрами и характеристиками (например, интерференция оптических сигналов с различными фазами).

За счет многократного переотражения от границ раздела паразитный оптический сигнал может быть детектирован на выходе из интегрально-оптической схемы, вызывая тем самым ухудшение отношения сигнал/шум в ИОС и неблагоприятно сказываясь на рабочих характеристиках устройств, в которые ИОС устанавливаются.

Упомянутое явление описано в публикациях US 5475772 (А) от 12.12.1995 (далее - [Д1]), US 2009087133 (А1) от 02.04.2009 (далее - [Д2]), US 5321779 (А) от 14.06.1994 (далее - [Д3]) и US 6351575 B1 от 26.02.2002 (далее - [Д4]). Приведенный эффект рассматривается как один из основных источников дрейфов волоконно-оптических гироскопов.

Из уровня техники известны способы минимизации влияния паразитных оптических отражений на распространяющийся полезный оптический сигнал в интегрально-оптической схеме за счет предотвращения отражений паразитного сигнала от границы раздела среда-оболочка от нерабочих граней или грани, противоположной той, на которой располагаются оптические волноводные структуры.

В публикации [Д1] для ослабления влияния переотраженных рассеяний было предложено использовать пространственный фильтр в виде одного или трех пазов (Д1, фиг. 5 В), равномерно распределенных по нерабочей грани подложки.

В публикации [Д3] для повышения эффективности работы подобного пространственного фильтра было предложено заполнять пазы веществом, поглощающим оптическое излучение (Д3, фиг. 5 и 6).

Недостатком приведенных решений является снижение механической прочности ИОС и снижение эксплуатационных характеристик, в частности ухудшение механических характеристик и устойчивости к внешним воздействиям (например, вибрационным нагрузкам).

Кроме того, на рабочие характеристики ИОС влияет пироэлектрический эффект. Пироэлектрическим эффектом называется появление разноименных зарядов на определенных гранях пироэлектрика при изменении его температуры. В ниобате лития, который является пироэлектрическим кристаллом, пироэлектрические заряды появляются на гранях, перпендикулярных полярной оси кристалла. Появление пироэлектрических зарядов и связанного с ними электрического поля приводит к движению подвижных заряженных дефектов внутри кристалла. Такое движение может оказывать существенное влияние на свойства канальных волноводов интегрально-оптической схемы. В некоторых случаях пироэлектрический эффект может приводить к резкой деградации характеристик канального волновода при изменении температуры и невозможности дальнейшей работы ИОС (например, как описано в статье Ponomarev, R.S., Volyntsev, А.В., Azanova, I.S., & Voblikov, Е.D. (2013). Pyroelectric effect in X-cut LiNbO3 optical modulators. 2013 International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL 2013) (pp. 371-372). IEEE. http://doi.org/10.1109/CAOL.2013.6657641). С учетом особенностей работы ИОС, включающих в себя возможные перепады температуры, пироэлектрический эффект может становиться фактором, существенно влияющим на надежность работы и стабильность свойств ИОС. Таким образом, для повышения надежности ИОС необходимо найти способ надежного подавления пироэлектрического эффекта в ИОС на ниобате лития и танталате лития.

Для подавления пироэлектрического эффекта необходимо обеспечить надежный электрический контакт между гранями чипа, на которых появляются пироэлектрические заряды. Эта задача в уровне техники обычно решается путем нанесения на боковые грани и нижнюю грань кристалла токопроводящих покрытий различного типа (например, токопроводящих паст) или обеспечение электрического контакта между гранями иным способом (US 6044184, 28.03.2000; US 6128424, 03.10.2000; US 20110123164, 26.05.2011; US 20050221525). Такие способы также негативно влияют на устойчивость ИОС к внешним воздействиям, так как слой токопроводящей пасты легко разрушается, а присоединение иных проводников к подложке или чипу значительно усложняет конструкцию ИОС и процесс ее создания.

Недостатком данного способа является то, что при нанесении проводящей пасты на грани ИОС практически невозможно обеспечить равномерность толщины слоя пасты, это является следствием неравномерности свойств устройства по его длине. Более того, при проведении последующих сборочных операций слой токопроводящей пасты может быть механически поврежден. При этом, ИОС с нанесенной на него токопроводящей пастой подвержена внешним механическим воздействиям (например, вибрациям), а токопроводящий слой может разрушаться и отделяться от поверхности ИОС.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, стоявшая перед разработчиками настоящего изобретения, заключалась в повышении эксплуатационных характеристик ИОС, а именно в снижении влияния переотраженных рассеяний и в снижении пироэлектрического эффекта. При этом, разработчики стремились устранить или минимизировать негативное воздействие на характеристики ИОС, которое оказывают известные способы изготовления (или улучшения характеристик) ИОС.

Поставленная задача в первом аспекте настоящего изобретения была решена путем создания способа улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде,

который включает в себя этапы, на которых

наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой;

нагревают подложку или чип до температуры от 80°С до 600°С;

выполняют обработку нерабочих частей поверхности подложки или чипа водородосодержащей плазмой;

при этом маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей плазмой.

Поставленная задача во втором аспекте настоящего изобретения была решена путем создания способа улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде,

который включает в себя этапы, на которых

наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой;

нагревают подложку или чип до температуры от 300°С до 650°С;

обрабатывают подложку или чип путем помещения в водородосодержащую среду при давлении от 100 кПа до 300 кПа;

при этом маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей средой.

Поставленная задача в третьем аспекте настоящего изобретения была решена путем создания способа улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде,

который включает в себя этапы, на которых

наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой;

нагревают подложку или чип до температуры от 80°С до 600°С;

обрабатывают подложку или чип путем помещения в водородосодержащую среду при давлении от 10^-6 Па до 100 кПа;

при этом маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей средой.

Раскрытые способы улучшения характеристик ИОС могут применяться как в рамках процесса изготовления ИОС, так и в ходе последующей обработки ИОС. В частности, способ улучшения по настоящему изобретению может быть осуществлен как после предварительной очистки подложки, так и после формирования функциональных структур на поверхности или в приповерхностном слое рабочей грани ИОС, а также после разделения подложки на чипы ИОС.

Технический результат, достигаемый раскрытым изобретением, заключается в повышении эксплуатационных свойств интегрально-оптической схемы. Во-первых, снижается влияние паразитных отражений, во-вторых, уменьшается деградация характеристик ИОС при изменении температуры в результате пироэлектрического эффекта.

Далее в настоящем описании раскрытое техническое решение будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - топографическое изображение исходного образца ниобата лития, полученное с помощью атомно-силового микроскопа

Фиг. 2 - топографическое изображение образца ниобата лития, полученное с помощью атомно-силового микроскопа после обработки водородосодержащей плазмой (200°С, 120 мин).

Фиг. 3 - изображение спектров оптического пропускания исходного образца (LiNbO₃) и образцов после обработки в водосодержащей плазме в диапазоне 300-900 нм.

Фиг. 4 - изображение спектров оптического пропускания исходного образца (LiNbO₃) и образцов после обработки в водосодержащей плазме в диапазоне 300-900 нм с предварительно сформированным протонообменным слоем.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с раскрытым изобретением интегрально-оптическая схема выполняется из материала, содержащего ниобат лития (LiNbO₃) и/или танталат лития (LiTaO₃), в том числе с различными типами примесей, различных кристаллографических ориентаций. Также в качестве материала подложки могут быть использованы другие оптические материалы, склонные к химическому восстановлению в водородсодержащей среде, в частности оптические стекла различного состава.

Предварительно, нерабочие части поверхности подложки ИОС или нерабочие грани чипа ИОС могут быть подвергнуты очистке от различных загрязнений любыми известными способами. Так, очистка может быть выполнена такими способами как промывка в растворителях, кислотах, их парах или путем обработки плазмой.

Способ в соответствии с настоящим техническим решением включает в себя этап, на котором на поверхность рабочих областей подложки или чипа (рабочая поверхность подложки или рабочие грани чипа ИОС, например, или поверхность подложки, на которых или в приповерхностных слоях, которых созданы и/или будут созданы оптические волноводы или другие функциональные элементы; а также грани, содержащие оптические входы и/или выходы оптических волноводов) грани наносят маскирующий слой. Маскирующий слой должен быть создан таким образом, чтобы компоненты плазмы не оказали негативного влияния на свойства и характеристики поверхности и/или приповерхностных слоев рабочей стороны, рабочих граней чипа ИОС и/или рабочих областей поверхности. Маскирующий слой создается таким образом, что он по существу полностью исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей средой. Такой маскирующий слой может быть создан любым из известных способов. Так, например, в одном из частных вариантов осуществления настоящего изобретения маскирующий слой может быть выполнен из полимера (в частности фоточувствительного) или металла (в случае возможности его удаления без повреждения функциональных элементов (электродов) ИОС), нанесенных на поверхность обрабатываемой подложки. При этом маскирующий слой создается с учетом того, что по существу все непокрытые маской участки подложки будут подвергнуты воздействию водородосодержащей среды. Степень воздействия водородосодержащей среды на грани чипа ИОС или поверхности подложки может различаться в зависимости от конструкции камеры источника среды, конструкции держателей, направления распространения компонентов среды.

Опционально, в варианте осуществления, в котором на поверхности рабочих граней ИОС или подложки защищаются с помощью маскирующего слоя, созданный маскирующий слой для улучшения его характеристик может быть подвергнут любому из видов стабилизирующей обработки, например, термообработке, задубливанию, обработке в плазме или ионным пучком.

Опционально, в варианте осуществления, в котором на поверхности рабочих граней ИОС или подложки защищаются с помощью маскирующего слоя, могут быть проведены процессы литографии, фотолитографии или другие процессы для формирования требуемого топологического рисунка (например, для создания маскирующего слоя преимущественно над оптическими волноводами).

В другом из частных вариантов осуществления настоящего изобретения защита рабочей поверхности подложки или рабочих граней чипа ИОС может выполняться с использованием теневой маски или другого устройства, ограничивающего область воздействия плазмы.

В другом из частных вариантов осуществления настоящего изобретения обрабатываемая подложка или чип ИОС могут располагаться рабочей стороной к поверхности столика установки, в которой будет происходить обработка, держателя образцов или другой оснастки (предотвращающей интенсивное воздействие компонентов плазмы на рабочие поверхности подложки или чипа).

В другом из частных вариантов осуществления настоящего изобретения подложка или чип ИОС могут обрабатываться без использования маскирующего слоя (маскирующих слоев); и одним из следующих шагов изготовления ИОС могут быть полировка, дисковая резка, химическое травление, окисление или другие процессы, целью которых будет удаление поврежденного в плазме слоя, формирование новых рабочих граней, либо восстановление свойств поверхности и/или материала подложки или чипа ИОС.

Также возможны комбинации описанных вариантов осуществления изобретения.

Различные аспекты настоящего изобретения предполагают различные варианты воздействия на подложку или чип ИОС, направленные на формирование слоя из оксида ниобия (например, NbO), когда подложка или чип выполнены на основе ниобата лития LiNbO₃, или оксида тантала (например, ТаО), когда подложка или чип выполнены на основе танталата лития). Оксиды ниобия и тантала характеризуются черным цветом и более высокой электропроводностью, по сравнению с исходными материалами подложек или чипов. В различных аспектах среда может содержать различную концентрацию водорода. Все эти случаи не выходят за рамки настоящего изобретения.

Настоящее изобретение в своем первом аспекте включает в себя этап, на котором выполняется обработка нерабочих частей поверхности подложки или чипа водородосодержащей плазмой. Необходимо понимать, что подложка или чип фактически может обрабатываться и полностью, однако предварительно нанесенная маска обеспечивает взаимодействие водородосодержащей плазмы только с целевыми (нерабочими) частями поверхности.

Обработка водородосодержащей плазмой приводит к химическому восстановлению материала поверхности подложки или чипа, в результате чего на нерабочей поверхности образуется слой оксида тантала или оксида ниобия в зависимости от материала подложки или чипа.

Для повышения эффективности обработки и скорости протекания реакции восстановления способ в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения включает в себя этап, на котором подложку или чип нагревают до температуры от 80°С до 600°С.

Обработка в соответствии с настоящим изобретением в его первом аспекте может выполняться в течение промежутка времени от 10 до 600 минут. В ходе обработки во всех аспектах изобретения происходит химическое восстановление материала подложки или чипа, в результате чего на поверхности подложки или чипа образуется слой оксида, который обладает повышенной электропроводимостью и низкой оптической проницаемостью по сравнению с материалом подложки или чипа. Индикатором достаточности обработки может служить визуальное (или измеримое оптическое) потемнение (почернение) обрабатываемой части поверхности подложки или чипа.

Для повышения эффективности способа в любом из аспектов настоящего изобретения способ может включать в себя этап, на котором предварительно, до этапа обработки на по меньшей мере части нерабочей поверхности подложки или чипа формируется протонообменный слой.

Настоящее изобретение в своем втором аспекте включает в себя этап, на котором выполняется обработка нерабочих частей поверхности подложки или чипа путем помещения в водородосодержащую среду при давлении от 100 кПа до 30 0 кПа. Необходимо понимать, что подложка или чип фактически может обрабатываться и полностью, однако предварительно нанесенная маска обеспечивает взаимодействие водородосодержащей среды только с целевыми (нерабочими) частями поверхности.

Обработка в водородосодержащей среде приводит к химическому восстановлению материала поверхности подложки или чипа, в результате чего на нерабочей поверхности образуется слой оксида тантала или оксида ниобия в зависимости от материала подложки или чипа.

В предпочтительном варианта осуществления такая обработка проводится при давлении, близком к атмосферному.

Для повышения эффективности обработки и скорости протекания реакции восстановления способ в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения включает в себя этап, на котором подложку или чип нагревают до температуры от 300°С до 650°С. Фактически, нагрев может выполняться до температуры, не превышающей температуру достижения точки Кюри оптического материала подложки или чипа. Для танталата лития при атмосферном давлении она составляет около 670°С, для ниобата лития она составляет около 1050°С. Чем выше температура, до которой нагревается подложка или чип, тем выше реакционная способность водорода. Предельная температура, до которой может быть нагрета подложка или чип для повышения эффективности способа во всех аспектах настоящего изобретения определяется температурой достижения точки Кюри материала подложки или чипа при давлениях от атмосферного и выше. Оптический материал при этом теряет свойства сегнетоэлектрика. То есть при нагревании подложки необходимо обеспечить недостижение материалом температуры 670°С, поэтому оптимальным является предел нагревания в 650°С (для танталата лития). В условиях вакуума температура достижения точки Кюри несколько ниже, поэтому оптимальным является предел температуры нагревания порядка 600°С. Если подложка или чип выполнены на основе ниобата лития, возможен нагрев до температуры около 1000°С.

Обработка в соответствии с настоящим изобретением в его втором аспекте может выполняться в течение промежутка времени от 10 до 600 минут.

В третьем аспекте настоящего изобретения этап обработки подложки или чипа выполняется путем помещения подложки или чипа в водородосодержащую среду при давлении от 10-⁶ Па до 100 кПа. Необходимо понимать, что подложка или чип фактически может обрабатываться и полностью, однако предварительно нанесенная маска обеспечивает взаимодействие водородосодержащей среды только с целевыми (нерабочими) частями поверхности.

Обработка в водородосодержащей среде приводит к химическому восстановлению материала поверхности подложки или чипа, в результате чего на нерабочей поверхности образуется слой оксида тантала или оксида ниобия в зависимости от материала подложки или чипа.

Для повышения эффективности обработки и скорости протекания реакции восстановления способ в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения включает в себя этап, на котором подложку или чип нагревают до температуры от 80°С до 600°С.

Обработка в соответствии с настоящим изобретением в его третьем аспекте может выполняться в течение промежутка времени от 10 до 600 минут.

При химическом восстановлении граней, поверхностей, участков происходит образование на них соответствующего оксида, что приводит к увеличению электрической проводимости приповерхностных слоев материалов, а также к снижению оптического пропускания (оксид имеет черный цвет), увеличение шероховатости поверхности, подвергшейся воздействию водородсодержащей или водородной среды. Повышение электрической проводимости приповерхностных слоев материала приводит к снижению влияния пироэлектрического эффекта на рабочие характеристики ИОС. Снижение оптического пропускания приповерхностных слоев (и повышение оптического поглощения), увеличение шероховатости поверхностей нерабочих областей ИОС приводит к тому, что снижается интенсивность переотраженных рассеяний внутри ИОС.

В отличие от известных из уровня техники решений раскрытый способ при ослаблении переотраженных рассеяний не нарушает целостность чипа ИОС и не снижает механические характеристики ИОС так, как это происходит при использовании решения, известного из [Д1]. При этом, при использовании раскрытого способа происходит одновременное повышение шероховатости поверхности нерабочих областей ИОС, что приводит к рассеянию переотраженных мод и, соответственно, дополнительному снижению влияния паразитных отражений на качество работы ИОС.

Также между основным объемом материала подложки (на поверхности которой или в приповерхностном слое которой сформированы оптические волноводы) отсутствует четкая граница раздела сред подложка - поглощающий оптическое излучение слой (формируемый согласно защищаемому способу), что также приводит к ослаблению переотраженных рассеяний (мод). То есть граница раздела сред становится диффузной. Отсутствие четкой границы раздела сред приводит к снижению интенсивности отражения оптического сигнала от границы раздела сред.

В отличие от известных решений при реализации раскрытого способа нет необходимости проведения технологических операций, связанных с нанесением проводящих паст и замыкания граней, имеющих противоположные заряды, для ослабления пироэлектрического эффекта. После обработки материала в плазме на нерабочих гранях ИОС формируется равномерный по толщине и свойствам слой. Данный слой стабилен, устойчив к воздействиям, возникающим в ходе проведении последующих сборочных операций, не разрушается и не повреждается в их результате.

В отличие от известных ранее способов, защищаемый способ оказывает комплексное воздействие на свойства и поверхность оптического материала, что ведет к более эффективному ослаблению переотраженных рассеяний с одновременным снижением влияния пироэлектрического эффекта, что ведет к улучшению рабочих и эксплуатационных характеристик ИОС, а также улучшению рабочих и эксплуатационных характеристик устройств, включающих ИОС (например, оптические гироскопы). При этом способ не оказывает негативного воздействия на механические свойства ИОС. С помощью данного способа могут быть улучшены характеристики не только интегрально-оптических схем и устройств на их основе, но и акусто-оптических устройств.

Изобретение в первом его аспекте может быть осуществлено с помощью установки НИКА-2010 (производства ООО «Лаборатория вакуумных технологий», г. Зеленоград), предназначенной для обработки материалов в среде газоразрядной низкотемпературной плазмы. Указанные ниже значения величин, характеризующих вариант реализации способа, приведены в качестве примера и не ограничивают объем настоящего изобретения, определяемый его формулой.

Для реализации способа в одном из вариантов его осуществления подложка или чипы ИОС размещаются внутри рабочей камеры на поверхности технологического стола. Рабочая камера установки оснащена системой газонапуска, позволяющей осуществлять обработку в газовой среде управляемого состава. В качестве рабочего газа используется преимущественно водород. Перед генерацией плазмы воздух из реактора системы откачивается с помощью вакуумного насоса до давления около 10^-3 Па. Расход газа во время обработки составляет 2-10 л/ч. В ходе процесса обработки давление в системе может устанавливаться на уровне 10^-2 Па. Установка оснащена независимо управляемыми генератором плазмы и средствами подачи высокочастотного (13,56 МГц) потенциала на поверхность технологического стола, что позволяет независимо управлять потоком и энергией ионов, производящих обработку. Внутри рабочей камеры установки размещен генератор плазмы, создающий низкотемпературную плазму в разрядном объеме, ограниченном генератором плазмы, технологическим столом и водоохлаждаемым экраном. Мощность, подаваемая на источник плазмы, устанавливается в пределах 600-1000 Вт. Для обеспечения ускоренного потока ионов на поверхность обрабатываемых подложек технологический стол выполнен с возможностью подачи на него высокочастотного смещения, которое в ходе реализации способа может устанавливаться равным 100 Вт. Плазма может создаваться путем инициации и поддержания индукционного высокочастотного разряда в рабочем газе под действием переменного магнитного поля высокой частоты. Время обработки составило 10 минут. Нагрев подложки происходил за счет взаимодействия ее поверхности с плазмой.

В настоящем изобретении параметры обработки подложки или чипа в любом из предложенных способов должны быть подобраны таким образом, чтобы поверхности нерабочих областей ИОС приобретали в результате химического восстановления материала оттенки от слегка серого до черного. Нерабочие области поверхности ИОС после обработки должны рассеивать и поглощать излучение, препятствуя образованию и распространению паразитных отражений.

На диаграмме, приведенной на фиг. 3 показано, как снижается оптическое пропускание поверхностного слоя подложки или чипа из LiNbO₃ после обработки в водородосодержащей плазме. Обработка фактически проводилась способом в соответствии с настоящим изобретением в его первом аспекте. На фиг. 4 изображена диаграмма изменения оптического пропускания при тех же режимах обработки, но при условии предварительного формирования протонообменного слоя на поверхности образца. Таким образом, предварительное формирование протонообменного слоя значительно увеличивает эффективность способа в соответствии с настоящим изобретением.

Необходимо отметить, что процесс химического восстановления танталата лития проходит аналогично процессу химического восстановления ниобата лития, при этом оксид ниобия и оксид тантала имеют черный цвет и сходные физические свойства, в частности электропроводность более высокую, чем исходный оптический материал. При этом способы обработки в иной водородосодержащей среде, помимо водородосодержащей плазмы, также приводят к химическому восстановлению и образованию соответствующих оксидов на поверхности оптического материала. В качестве такой среды может использоваться смесь газов, среди которых есть водород.

Удельное электрическое сопротивление оксида ниобия: 10⁵Ом*см (https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/43196). Удельное электрическое сопротивление ниобата лития: 3,8*10¹⁴Ом*см.

Способы в соответствии с каждым из аспектов настоящего изобретения могут включать в себя этап, на котором до этапа обработки на поверхности подложки или чипа формируют протонообменный слой.

Процесс формирования протонобменного слоя может выполняться путем помещения подложки или чипа в жидкий кислотный электролит - источник протонов, в качестве которого могут быть использованы по меньшей мере одна из кислот: бензойная, адипиновая, глутаровая, каприловая, стеариновая и пирофосфорная, их расплавы, растворы и смеси. Процесс протонного обмена может осуществляться при повышенных температуре (от 100°С и выше) и давлении. В ходе процесса литий замещается протонами из расплава или раствора источника протонов, согласно следующему уравнению

где х соответствует доле лития, замещенного протонами (Gallo K., Prawiharjo J., et al. Proton-exchanged LiNbO₃ waveguides for photonic applications // Proceedings of 2004 6th International Conference on Transparent Optical Networks (Wroclaw, July 4-8, 2004). - Wroclaw, 2004. - Vol. 1. - P. 277-281. 2) Cabrera J.M., Olivares J., et al. Hydrogen in lithium niobate // Advances in Physics. - 1996. - Vol. 45. - №5. - P. 349-392).

Наличие протонообменного слоя положительно влияет на характеристики схемы, в частности, снижает оптическое пропускание слоя, образующегося на поверхности подложки или чипа в результате химического восстановления оптического материала. Это может быть объяснено тем, что наличие водорода в приповерностном слое протонообменного (ПО) LiNbO₃ оказывает влияние на перезарядку ионов Nb и образование полярионов на основе антиструктурных дефектов Nb_Li или формирование электронных и дырочных центров окраски, за счет чего наблюдается более интенсивное снижение оптического пропускания протонообменного LiNbO₃ (более интенсивное формирование центров окраски) по сравнению LiNbO₃ при одном и том же режиме обработки в водородосодержащей среде (в частности, плазме).

В различных аспектах настоящее изобретение включает в себя этап нагревания подложки или чипа. Нагревание может выполняться любым способом, в том числе путем нагревания от среды (водородосодержащей среды или, в частности, плазмы) или другими известными способами и средствами.

Настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на отдельные варианты его осуществления, однако очевидно, что оно может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой изобретения.

Изобретение относится к области изготовления интегрально-оптических схем (ИОС) на основе сегнетоэлектрических или пироэлектрических кристаллов (например, ниобата лития, танталата лития и пр.). Предложен способ улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде. Способ включает в себя этапы, на которых наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой; нагревают подложку или чип до температуры от 80°С до 600°С; выполняют обработку нерабочих частей поверхности подложки или чипа в водородосодержащей среде. Маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей средой. При реализации предложенного изобретения достигается повышение эксплуатационных свойств интегральной оптической схемы. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде,

включающий в себя этапы, на которых

наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой;

нагревают подложку или чип до температуры от 80°С до 600°С;

выполняют обработку нерабочих частей поверхности подложки или чипа водородосодержащей плазмой;

при этом маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей плазмой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подложка или чип выполнены из ниобата лития и/или танталата лития.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку проводят в течение периода времени от 10 до 600 минут.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до этапа обработки на поверхности подложки или чипа формируют протонообменный слой.

5. Способ улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде,

включающий в себя этапы, на которых

наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой;

нагревают подложку или чип до температуры от 300°С до 650°С;

обрабатывают подложку или чип путем помещения в водородосодержащую среду при давлении от 100 кПа до 300 кПа;

при этом маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей средой.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что подложка или чип выполнены из ниобата лития и/или танталата лития.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что обработку проводят в течение периода времени от 10 до 600 минут.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что до этапа обработки на поверхности подложки или чипа формируют протонообменный слой.

9. Способ улучшения характеристик интегрально-оптической схемы, включающей в себя подложку или чип из оптического материала, склонного к химическому восстановлению в водородосодержащей среде,

включающий в себя этапы, на которых

наносят на поверхность рабочих областей подложки или чипа маскирующий слой;

нагревают подложку или чип до температуры от 80°С до 600°С;

обрабатывают подложку или чип путем помещения в водородосодержащую среду при давлении от 10^-6 Па до 100 кПа;

при этом маскирующий слой по существу исключает контакт поверхности рабочих областей подложки или чипа с водородосодержащей средой.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что подложка или чип выполнены из ниобата лития и/или танталата лития.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что обработку проводят в течение периода времени от 10 до 600 минут.

12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что до этапа обработки на поверхности подложки или чипа формируют протонообменный слой.