Técnicas de fabricación en cámara limpia para la realización de guía de ondas poliméricas
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- Josefina Méndez Figueroa
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1 Técnicas de fabricación en cámara limpia para la realización de guía de ondas poliméricas Manuel Caño-García CEMDATIC, Politénica de Madrid, Av. Complutense 30, Madrid, Spain Septiembre 2017 Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
2 Índice 1 Introducción Circuito fotónico integrado Cristal ĺıquido 2 Circuitos fotónicos integrados Guia Ondas Dispositivos Fotónicos 3 Diseño Simulación Integración de LC en PICs 4 Fabricación 5 Logros Interruptor óptico Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
3 Índice 1 Introducción Circuito fotónico integrado Cristal ĺıquido 2 Circuitos fotónicos integrados Guia Ondas Dispositivos Fotónicos 3 Diseño Simulación Integración de LC en PICs 4 Fabricación 5 Logros Interruptor óptico Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
4 Qué es un circuito fotónico integrado (PICs)? Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
5 Qué es un circuito fotónico integrado (PICs)? Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
6 Qué es un circuito fotónico integrado (PICs)? Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
7 Cristal Líquido El cristal ĺıquido es un tipo especial de estado de agregación de la materia que tiene propiedades de las fases ĺıquida y sólida. Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
8 Cristal Líquido n n eff (θ) = on 2 e 2 no 2 sin 2 (θ) + ne 2 cos 2 (θ) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
9 Índice 1 Introducción Circuito fotónico integrado Cristal ĺıquido 2 Circuitos fotónicos integrados Guia Ondas Dispositivos Fotónicos 3 Diseño Simulación Integración de LC en PICs 4 Fabricación 5 Logros Interruptor óptico Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
10 Reflexión total interna (TIR) θ c = arcsin n 2 n 1 Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
11 Reflexión total interna (TIR) θ c = arcsin n 2 n 1 OJO! n 1 > n 2 Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
12 Condición de fase φ 2 φ 1 = m 2π, donde m = 0, 1, 2... Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
13 Soluciones matemáticas Maxwell s eqs. H = J + D t E = B t B = 0 D = ρ + Condiciones Contorno Dos soluciones independientes Transversal Eléctrico (TE), i.e. paralelo al substrato Transversal Magnético(TM), i.e. perpendicular al substrato Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
14 Modos Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
15 Diferentes tipos de guía de ondas Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
16 Pasivos vs activos Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
17 Pasivos vs activos Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
18 Elementos básicos Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
19 Acoplador direccional Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
20 Acoplador direccional Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
21 Acoplador direccional Longitud de batido λ L b = 2(n even n odd ) = L eff = 2L b π sin 1 K 0 K 1 Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
22 Multi-mode interference(mmi) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
23 Multi-mode interference(mmi) L π = λ 2(n 1 n 0 ) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
24 Multi-mode interference(mmi) L π = λ 2(n 1 n 0 ) L 1xN = 3 L π 4 N Distancia a N auto-imágenes L 2xN = L π N Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
25 Multi-mode interference(mmi) L π = λ 2(n 1 n 0 ) L 1xN = 3 L π 4 N Distancia a N auto-imágenes L 2xN = L π N Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
26 MMI Field distribution Electric Field distribution (LC n o ) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
27 MMI Field distribution Electric Field distribution (LC n e ) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
28 Mach-Zehnder Interferometer (MZI) P out = P i (1 + cos( Φ)) = P i (1 + cos( 2π λ eff d)) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
29 Mach-Zehnder Interferometer (MZI) P out = P i (1 + cos( Φ)) = P i (1 + cos( 2π λ eff d)) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
30 Anillo resonador Filtro por anillo resonador λ res = n eff 2πR m Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
31 Anillo resonador Filtro por anillo resonador λ res = n eff 2πR m Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
32 Diferentes plataformas Poĺımero SOI InP Tamaño WG [µm] [µm] [µm] Longitudes de onda VIS & NIR NIR NIR Pérdidas <1dB/cm <3dB/cm <4dB/cm Elementos activos Si No Si Precio Muy económico Electrónica Caro Flexible Si No No Integracion electronica Órganica Si No Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
33 Índice 1 Introducción Circuito fotónico integrado Cristal ĺıquido 2 Circuitos fotónicos integrados Guia Ondas Dispositivos Fotónicos 3 Diseño Simulación Integración de LC en PICs 4 Fabricación 5 Logros Interruptor óptico Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
34 Pasos para el diseño Qué se necesita para fabricar un PIC? 1 Conocer el tamaño del sustrato. 2 Escoger el tamaño del chip. 3 Simular los componentes. 4 Diseñar los diferentes chips. Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
35 Simulación FEFD La simulación se utiliza para optimizar los parámetros anaĺıticos. Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
36 Simulación FEFD La simulación se utiliza para optimizar los parámetros anaĺıticos. Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
37 Simulación FEFD La simulación se utiliza para optimizar los parámetros anaĺıticos. Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
38 Diseño de la máscara Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
39 Diseño de la máscara Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
40 LC + PICs Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
41 Índice 1 Introducción Circuito fotónico integrado Cristal ĺıquido 2 Circuitos fotónicos integrados Guia Ondas Dispositivos Fotónicos 3 Diseño Simulación Integración de LC en PICs 4 Fabricación 5 Logros Interruptor óptico Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
42 Proceso de fabricación 1 Preparación del sustrato. 2 Deposición de la cubierta. 3 Curado y endurecimiento de la cubierta. 4 Deposición del núcleo. 5 Curado del núcleo. Fotolitografía. Direct write lithography (DWL). Nano imprint lithography (NIL). 6 Revelado. 7 Endurecimiento del núcleo. 8 Deposición de la cubierta. 9 Curado y endurecimiento de la cubierta. 10 Cortado de los chips. Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
43 Proceso de fabricación Preparación del sustrato Cortado (Tiempo dependiente de la cantidad de cortes) A mano Cortadora automática Lavado ( 45min) Secado (30min) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
44 Proceso de fabricación Deposición, curado y endurecimiento de la cubierta Spinneado (0.5-1 min por muestra) Curado (0.5-5 min) Endurecimiento (0-180 min) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
45 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Fotolitografía Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
46 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Direct write lithography (10min-24h) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
47 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Direct write lithography (10min-24h) Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
48 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Nano imprint lithography Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
49 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Nano imprint lithography Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
50 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Fotolitografía DWL NIL 1µm 1µm 8nm Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
51 Proceso de fabricación Deposición, curado y revelado del núcleo Fotolitografía DWL NIL 1µm 1µm 8nm Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
52 Proceso de fabricación Ejemplo de MMI Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
53 Proceso de fabricación Cortado de chips Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
54 Proceso de fabricación Tiempos de trabajo Proceso Tiempo estimado [min] Preparación del sustrato 80 Deposición de la cubierta 1 Curado y endurecimiento de la cubierta Deposición del núcleo 1 Curado del núcleo Revelado 1-3 Endurecimiento del núcleo Deposición de la cubierta 1 Curado y endurecimiento de la cubierta Cortado de los chips 10 Total Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
55 Proceso de fabricación Tiempos de trabajo Proceso Tiempo estimado [min] Preparación del sustrato 80 Deposición de la cubierta 1 Curado y endurecimiento de la cubierta Deposición del núcleo 1 Curado del núcleo Revelado 1-3 Endurecimiento del núcleo Deposición de la cubierta 1 Curado y endurecimiento de la cubierta Cortado de los chips 10 Total Desde 2h hasta 1 día y 11h Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
56 Acoplo de luz Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
57 Índice 1 Introducción Circuito fotónico integrado Cristal ĺıquido 2 Circuitos fotónicos integrados Guia Ondas Dispositivos Fotónicos 3 Diseño Simulación Integración de LC en PICs 4 Fabricación 5 Logros Interruptor óptico Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
58 Interruptor Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
59 Interruptor Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
60 Final Muchas Gracias Manuel Caño-García (CEMDATIC) Fabricación de guia de ondas poliméricas Septiembre / 40
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