大创风采 | 基于聚合物的集成光芯片波导分束器的制备研究
编者按
微电子科学与技术学院始终坚持以学生成长为中心，紧密围绕学院“红色、专业、高效”的人才培养理念，积极推动和鼓励本科生参与创新科研项目研究，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。2023年，学院共19个大学生创新创业训练计划项目顺利完成结题答辩，6个获评优秀项目。他山之石，可以攻玉，学院将通过“大创风采”栏目,对优秀项目进行风采展示。让我们一起走进微电学子的科研世界，听听他们的经验分享，了解大创项目背后的动人故事，并以此自勉，乘其励风，奋勇向前。
一、团队简介
项目名称：基于聚合物的集成光芯片波导分束器的制备研究
项目等级：校级
指导老师：陈庆明
团队负责人及介绍：江钦传 中山大学微电子科学与技术学院2020级本科生
团队成员及介绍：
郭鑫耿，中山大学微电子科学与技术学院2021级本科生
曾莘，中山大学微电子科学与技术学院2021级本科生
梁永政，中山大学微电子科学与技术学院2021级本科生
二、项目简介
【研究背景与目标】
随着现代科学技术的高速发展，信息技术在人类生活中不可或缺，已经深入日常生产劳动及社会发展的各个领域。光子技术具有速度快，容量大，不受电磁场干扰等特点，因而在信息技术中具有重要的地位。光子集成器件是光子技术发展的一个重要方向，在一个微小的器件上集成不同功能的光器件，能够实现体积小、性能优越的微型光芯片。光芯片在光通信、信号处理和传感领域具有重要的应用。在光芯片发展中，波导是其基础元件。波导既是芯片上传输光信号的桥梁，也是其它元器件的重要组成。比如马赫曾德尔电光调制器由两组精确加工的波导组成，通过调节两臂波导中的光信号相位实现电光调制。因此光波导技术成为发展光芯片的关键技术。目前比较成熟的片上光波导包括以硅/ 二氧化硅为代表的硅基波 导、Ⅲ-Ⅴ组半导体材料波导、铌酸锂波导和聚合物波导等。这些波导技术由于自身材料特 性和制备技术具有不同的优势，以及不同的应用。例如铌酸锂具有高的电光系数，在光通信领域的电光调制器中具有不可替代的作用。硅基材料光芯片，易于与其他电子器件集成。Ⅲ -Ⅴ组半导体材料由于其特殊能带结构而在有源光子芯片（例如激光器）发展中具有重要的应用。虽然前面三种波导技术在光芯片发展中起了重要的作用，他们依然存在自身的限制。这些材料往往加工程序复杂，成本高，而且依靠高端平台如生长设备、光刻机、刻蚀机等。器件设计和制备的自由度不足。有机聚合物光波导的制备工艺简便、制备成本较低、折射率选择性大。而且有机材料本身的可拉伸柔性，也为柔性集成光通信及光互连提供了可能 。因此片上集成的有机光波导可以为光芯片技术提供更多的选择。
本项目旨在克服现有技术的不足，提供一种可手工制备的片上聚合物光波导阵列的制备方法，可规避匀胶光刻等工艺过程，以简化制作流程、降低制作成本。
【项目特色和创新点】
利用光刻技术制备高精度 SU8 脊形模板，然后灌注 PDMS 硅胶复制脊形结构获得光波导压印 PDMS 模板，直接作为波导模具。PDMS 透明特性使得其不影响聚合物材料的紫外固化，并且与紫外固化胶水易于脱离。最后使用毛细管力，填充波导通道，制备波导阵列。简化了工艺流程，降低了操作要求，为结合石墨烯等二维材料构建光电器件提供了新的制备思路。
【项目成果】
发表一项国家发明创造专利——一种光波导及其制备方法与应用，目前处于公示阶段。
三、团队收获及经验总结
本项目以“基于聚合物的集成光芯片波导分束器的制备研究”为题，旨在研发一种片上聚合物光波导阵列的制备工艺，可规避匀胶光刻等工艺过程，简化制作流程、降低制作成本。在这个项目中，我们团队遇到了许多挑战，也取得了许多收获和经验。
首先，我们在项目中注重实践和创新。比如在实际波导的制作过程中，原料种类、静置时间、固化时长等因素都会对波导质量造成影响。在项目中，我们利用现有的技术和材料，尝试不同的设计方案和制造方法，通过多次试验、调整和反思，我们逐渐找到了最佳的方案，并取得了令人满意的结果。在这个过程中，我们学会了灵活运用已有资源，不断尝试和改进，培养了解决问题的能力和创新思维。
其次，我们还加强了理论与实践相结合的能力。在项目开始之前，我们团队进行了大量的文献调研，研究了相关的学术论文和专利技术，了解了领域内的最新进展和挑战。然后，我们根据理论知识进行实验设计和数据分析，验证了我们的设想和假设。通过这个过程，我们深刻认识到理论和实践是相辅相成的，只有两者相结合才能取得更好的研究成果。
此外，我们团队在项目开展过程中提高了团队合作与沟通能力。在整个项目过程中，我们注重团队成员之间的沟通和协作。我们定期召开团队会议，分享每个成员的进展和问题，并共同讨论解决方案。通过有效的沟通和合作，我们能够更好地协调各个环节，提高工作效率。
最后，我们团队在项目开展过程中注重对设备与资源的利用：在项目的过程中，我们充分利用了实验室的设备和资源进行波导性能的表征，选择先进的测试设备进行性能评估。这些设备和资源的有效利用，为我们的研究提供了有力的支持。
通过参与这个大创项目，我们的团队成员得到了很多宝贵的学习和成长机会。我们学会了创新思维和解决问题的方法，掌握了相关领域的专业知识和技能，并提高了团队合作和沟通能力。这些学习和成长对我们的未来职业发展具有重要的意义。
