新的聚合物材料助力光互连元件制造

近日，来自亚利桑那大学的研究人员开发出了新的聚合物材料，这些材料是制造基于芯片的光子元件与板级电路或光纤连接所需的光链接的理想材料。这些聚合物可用于在光子芯片和光学印刷电路板（相当于电子印刷电路板的光基）之间创建互连。

该研究小组的负责人表示，这些新材料和它们促成的工艺可能会使基于硅光子学的光子模块拥有更强大的功能。它们也可以用于光学传感或为增强和虚拟现实应用制作全息显示器。 硅光子学技术可以将光组件集成到一个微小的芯片上。

尽管硅光子设备的许多基本构件已经可以成功制造，但需要更好的方法来制造将这些部件连接在一起的光学链接，以制造更复杂的系统。在《Optical Materials Express》上，研究人员报告了一种新的聚合物材料，其特点是可以用紫外线（UV）光调整折射率，并且光学损耗低。这些材料可使用低成本、高产量的光刻系统将单模光互连直接打印到干膜材料中，该系统与用于制造基于芯片的光子元件的CMOS制造技术兼容。

研究人员说，这项技术使制造光互连变得更加实用，它可以用来使互联网，特别是使其运行的数据中心更加高效。与它们的同类电子产品相比，光互连可以增加数据吞吐量，同时也产生较少的热量，从而降低功耗和冷却要求。

这项研究基于研究人员之前开发的被称为S-BOC的乙烯基苯酚聚合物材料系统。这种材料的折射率，随紫外线照射而变化。在新的工作中，研究人员对S-BOC进行了部分氟化，以提高其光效率。这种被称为FS-BOC的新材料系统表现出比许多其他光学互连材料更低的光传输损失。因为这种材料，研究人员们可以使用一种被称之为SmartPrint的工艺，在不同的光学印刷电路板元件之间直接写入光互连。

为了执行SmartPrint工艺，FS-BOC薄膜被直接应用到光子元件上。不需要机械对准，因为光互连是使用无掩模光刻系统制作的，该系统通过观察元件来计算需要互连的位置，然后使用光照将光互连写入聚合物中。除了将聚合物薄膜短暂地加热到90℃之外，不需要额外的加工。因为这种制造方法是无掩模的，所以无需制作新的光掩模就可以改变书写模式。

为了展示这些新材料，研究人员将它们直接沉积在离子交换玻璃波导阵列上，这种阵列通常被用于集成光子设备。然后，他们打印了所需的耦合特征，使光从一个IOX波导中出来，传播到新制造的聚合物互连中，然后进入与最初的IOX波导相邻的第二个IOX波导。研究人员称，聚合物光互连工作良好，并显示出较低的传输和耦合损耗，这意味着当光在互连内或在它与其他部件之间传播时，损失很小。

研究人员现在正在努力改善该材料的折射率对比和高温下的性能。更高的折射率对比度将使该材料对制造变化的容忍度更高，而高温性能很可能是该互连系统承受焊接回流过程所需要的，因为该过程发生在200℃以上。

图：两步 "干膜 "波导制造工艺