用于光学回路的有机金属制造技术

将多种有机金属化合物（１２－１８）转化为蒸汽，并与燃烧气体（３２－３８）混合，形成通过管（４０）的汽流。该汽流在燃烧器（４２）内燃烧，形成粉尘（５０），该粉尘（５０）沉积在旋转的基材（６０）上，形成固结的氧化物层。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Organic metal used in optical circuits

A variety of organometallic compounds (12-18) are converted into steam and mixed with a combustion gas (32-38) to form a vapor flow through the tube (40). The steam is burned in the burner (42) to form dust (50). The dust (50) is deposited on a rotating base material (60) to form a consolidated oxide layer.

【技术实现步骤摘要】

本专利
本专利技术广义地涉及诸如火焰水解的转化体系，以及使用有机金属源在平面基材上沉积均匀的薄氧化物粉尘或初步烧结的玻璃层。沉积的粉尘可固结为玻璃层。这类玻璃层形成芯玻璃和包层玻璃，它们构成集成光路中的光波导。本专利技术背景本申请人已经研制出火焰水解体系，它可在平表面上沉积薄的氧化物粉尘层，这类平表面可用于光路(LOC)以及制造集成光波导器件，例如集成光路。这些粉尘层固结成玻璃层，形成光波导芯和包层。美国专利申请08/581,186(1995年12月29日申请)(Bandwidth-AdjustedWavelength Demultilexer，by Denis M.Trouchet)披露了这样的光学电路，可用作波分解复用器。常规方法一直依赖卤化物的燃烧，它对一些应用有利，但也存在严重的缺陷。卤素，如氯会从原料中除去某些氧化物，会导致由沉积粉尘层产生的玻璃组成的不均匀性。这种不均匀性会使这些常规卤化物法制造的波导玻璃层的光学性质下降。除了上述之外，卤化物燃烧反应的最终产物是氯，它会与空气中的湿气反应形成HCl，而HCl是高度腐蚀性和毒性的，需要能存放它的设备。因此，需要一种能在平表面或基材上形成氧化物粉尘层的体系，这体系能提供对玻璃组成均匀性的改善，使火焰水解法形成的波导玻璃层具有更好的光学性能，并消除有毒或有害的燃烧副产物。本专利技术概述本专利技术涉及有机金属源在无源波导应用和制造集成光波导器件(如集成光路)中的用途。使用这类材料的好处是可从体系中消除氯。因为氯会通过反应从原料除去某些沉积氧化物，使沉积层中所需氧化物不能达到要求的浓度。使用有机金属源的另一个好处是能方便地将材料输送到转化点，例如燃烧器，以及消除氯而增加安全性。采用本专利技术改进的火焰水解沉积(FHD)法，可沉积粉尘层。FHD能在平面基材上沉积均匀的薄氧化物粉尘或初步烧结的玻璃层。在一个实施方案中，用直径为100毫米，厚1毫米的熔凝硅石制得的平面基材制造波导层。制得属于GeO2-B2O3-P2O5-SiO2体系的波导粉尘玻璃芯组成，并用属于B2O3-P2O5-SiO2三元体系的玻璃包层包覆。选择玻璃组成，以达到要求的折射率。(例如，增加GeO2来提高％Δ)。本专利技术的FHD体系包括燃料气体和有机金属蒸汽的混合物，混合这些气体并且送入在火焰内的共同气流中，火焰中有一直接指向熔凝硅石的平面基材靶的转化点。在甲烷/氧的火焰中，有机金属蒸汽(由以下的至少两种物质形成，这些物质选自八甲基环四硅氧烷、磷酸三甲酯、硼酸三乙酯、异丙醇钛和乙醇锗)燃烧生成多组分氧化物粉尘颗粒。火焰速度、火焰中各气体组分的比值以及蒸汽输送速度控制着最终粉尘的粒度以及它们烧结的程度。可以改变靶的高度，可以往返移动和/或旋转靶，来控制温度和沉积颗粒的分布。当粉尘层沉积至要求的厚度，可对样品进行热处理以烧结玻璃使之完全致密。烧结或固结取决于玻璃组成和厚度。制得的波导层厚度通常为5-9微米。固结温度范围约为1150-1340℃，在该温度范围保持的时间约为1-7小时。要制造集成光波导器件，可按照上述，在平面基材上沉积和烧结粉尘层形成芯层。采用光刻和反应离子蚀刻(RIE)技术，在该芯层上蚀刻出波导线路。然后在蚀刻层上沉积包层并烧结。附图简述为了充分理解本专利技术，可结合附图参考对本专利技术优选模式的详细描述。附图说明图1是本专利技术的火焰水解体系的示意图。图2是燃烧器的放大的透视图，表明火焰的前部和尾部，以及如何测量燃烧器至样品的高度。图3是燃烧器组合件的部件分解透视图。图3a是图3所示燃烧器中部剖面图。图4是一个鼓泡器组合件的剖面图。图5是固定基材的真空卡盘组件示意图。图5a是卡盘底部的平面图。图6是第二实施方案的燃烧器组合件的部件分解透视图。图7是固结的玻璃粗糙度随燃烧器至样品高度以及燃烧器排数变化的曲线。图8是组成变化随样品至燃烧器的高度变化的曲线。本专利技术的详细描述由图1很好地说明了本专利技术，图1是本专利技术的火焰水解体系10的示意图，该体系适合在用于光路(LOC)以及制造集成光波导器件，例如集成光路的平表面上制得氧化物粉尘层。选择的有机金属液体分别储存于鼓泡器12、14、16和18中。该体系产生的有机金属蒸汽用氮气源20作为载气，氮气源20中的N2通过加热管22传送到每个鼓泡器。有机金属液体在鼓泡器内蒸发，并被氮气载运分别通过加热的管24、26、28和30。有机金属蒸汽与预先选择的燃料气体混合物混合为一个气流，该混合物包括空气32、氮34、氧36和甲烷38，从管39通过管40输送到燃烧器组合件42。在转化点的火焰48(见图2)中，蒸汽燃烧产生氧化物粉尘50。粉尘沉积在基材53上，基材53通过一个真空卡盘组合件60(图5和5a)固定。也可采用本领域已知的常规横移行星装置(transverse planetarymechanism)70，使卡盘横向运动和/或旋转。燃烧排出的气体(未标出)通过一个外罩62到涤气器(未标出)。由一过滤的封闭外壳52包围燃烧器组合件42和真空卡盘组合件60。如图3和3a所示，转化点的燃烧器组合件42包括外壳43，外壳上有一排直径0.30”的孔44。该外壳有一个玻璃陶瓷的插件45和不锈钢的细筛网46，45上有多排平行的孔41，46被插入圆柱形的支管室47内。在优选的实施方案中提供了更加均匀的蒸汽混合物分布，该方案中，用图6的插件84代替筛网46。燃料气体-有机金属蒸汽的混合物通过管48进入燃烧器，管48用螺纹接入外壳43并连接到管40。支管室由螺帽49密封。图6表明的是燃烧器组合件的第二实施方案，它在横跨整个燃烧器面上使火焰点保持相等高度。该实施方案中，燃烧器组合件70包括外壳72和燃烧器槽74。燃烧器隔板包括两个放在圆柱形支管室76内的插入件。陶瓷插入件80有两排平行的孔82。不锈钢插入件84的结构是在与陶瓷插入件对接时，提供蒸汽均匀分布的通道，而在横跨整个燃烧器面上使火焰点保持相等的高度。蒸汽混合物通过管86进入燃烧器，该支管室由螺帽78密封。为了保证得到均匀厚度的层以及避免形成光栅(rastering)，有燃烧器槽或孔的燃烧器面或顶部表面的长度“L”应该至少等于或大于被涂布的平面基材的直径或宽度。图5和5a更清楚地显示了固定基材的真空卡盘组合件60。卡盘上有垂直的轴61、旋转套环62、内防护环63和外环67。卡盘底面64(图5a)显示固定样品53的真空孔65的分布。操作中，分别在鼓泡器12、14、16和18中放入有机金属液体组分，如八甲基环四硅氧烷、磷酸三甲酯、硼酸三乙酯和乙醇锗。鼓泡器连接到氮气载气进口阀，进口阀底部装有充气器并且每个鼓泡器连接着一个蒸汽出口阀。图4是图1中所示的一个鼓泡器的放大图，由图4更清楚地看到，每个鼓泡器腔12由不锈钢制成，是有圆底和圆顶的圆柱体。鼓泡器上有氮气进口和通到燃烧器42的向外流动的蒸汽出口13。氮气以给定的速度通过进气管15进入鼓泡器，氮气由浸在液体中并位于鼓泡器底部的充气器管通入。为控制温度，可任选用加热带缠绕鼓泡器，加热带由温度控制器控制。然后用合适的保温材料隔热鼓泡器。还通过缠绕加热带加热出口管，使其温度高于有机金属沸点，保证蒸汽为气态。所有的出口管连接到一个共同的管道40，该管起到将各种蒸汽在进入燃烧器之前混合起来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在平面基材上形成氧化物粉尘层的方法，该方法包括下列步骤：（ａ）制备含有多种可转化为其氧化物形式的有机金属化合物蒸汽的无卤化物的气流；（ｂ）使所述气流通过转化点，形成氧化物粉尘颗粒的混合物；和（ｃ）将平面基片放置在靠近所述转化 点处，并在所述基片上沉积所述氧化物粉尘颗粒，形成内聚的氧化物粉尘层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H布克，EA博伊兰，MS多宾斯，GL刘易斯，RO马施迈尔，LA蒂茨，CM特鲁斯代尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]