國儀量子電鏡在硅基光子學波導側壁粗糙度測量的應用報告

一、背景介紹

在光電子技術蓬勃發展的當下，硅基光子學波導作為實現光信號高效傳輸與處理的核心元件，在光通信、光計算、生物醫學光子學等前沿領域展現出巨大的應用潛力。在高速光通信網絡中，硅基光子學波導能夠以極低的損耗傳輸光信號，實現信息的長距離、高帶寬傳輸，有效緩解數據流量增長帶來的通信壓力。在光計算領域，其精確的光信號操控能力為構建高性能光計算芯片奠定基礎，有望推動計算技術的跨越式發展。

然而，硅基光子學波導的側壁粗糙度是影響其性能的關鍵因素。理想的波導側壁應光滑平整，以確保光信號在波導內的傳播過程中，光能被有效限制在波導芯層，減少散射損耗。但在實際制造過程中，受光刻、刻蝕等工藝的限制，波導側壁不可避免地會出現一定程度的粗糙度。這種粗糙度會導致光信號在傳播過程中發生散射，部分光能泄漏到波導外，增加傳輸損耗，降低光信號的傳輸效率和質量。側壁粗糙度還可能影響光信號的相位一致性，對波導中光信號的干涉、調制等功能產生不利影響。側壁粗糙度受制造工藝參數，如光刻膠的質量、刻蝕氣體的流量與時間、刻蝕設備的精度等多種因素綜合影響。因此，精準測量硅基光子學波導的側壁粗糙度，對優化制造工藝、提高波導性能、推動硅基光子學技術發展至關重要。

二、電鏡應用能力

（一）微觀結構成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現硅基光子學波導的微觀結構。可精確觀察到波導側壁的表面形貌，判斷側壁是否存在凸起、凹陷、顆粒等微觀缺陷；呈現側壁與波導芯層及包層的界面特征，確定界面是否清晰、平整。通過對微觀結構的細致成像，為測量側壁粗糙度提供直觀且準確的圖像基礎。例如，清晰的側壁成像有助于準確識別和區分不同類型的微觀缺陷，這些缺陷是構成側壁粗糙度的重要因素。

（二）側壁粗糙度分析

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠對硅基光子學波導的側壁粗糙度進行精確分析。軟件通過設定合適的算法，根據側壁表面的灰度變化，量化側壁的粗糙度參數。在圖像上選取多個不同位置的區域，測量側壁的粗糙度輪廓，計算粗糙度的均方根值（RMS）、算術平均偏差（Ra）等統計量，評估側壁粗糙度的程度和均勻性。精確的側壁粗糙度分析為評估波導質量提供量化數據支持，有助于確定受粗糙度影響嚴重的區域。

（三）粗糙度與工藝參數關聯研究

SEM3200 獲取的側壁粗糙度數據，結合實際硅基光子學波導制造工藝參數，能夠輔助研究粗糙度與工藝參數之間的關聯。通過對不同工藝條件下波導側壁粗糙度的對比分析，確定哪些工藝參數的變化對側壁粗糙度影響顯著。例如，發現刻蝕時間的延長或刻蝕氣體流量的改變會導致側壁粗糙度明顯變化，為優化制造工藝參數提供依據，以有效降低側壁粗糙度。

三、產品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是硅基光子學波導側壁粗糙度測量的理想設備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到波導微觀結構的細微特征和側壁粗糙度變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成測量任務。設備性能穩定可靠，長時間連續工作仍能確保檢測結果的準確性與重復性。憑借這些優勢，SEM3200 為硅基光子學波導制造企業、科研機構提供了有力的技術支撐，助力優化制造工藝、提高波導性能，推動硅基光子學技術的進步與發展。