졸-겔 공정법을 기반으로 한 실리콘 칩 상에 이터븀이 도핑 된 마이크로레이저 개발

Abstract

기존의 높은 Q 인자를 가진 광공진기는 실리콘을 열처리로 산화반응 시킨 실리카 박막으로 제작되었지만 이터븀이나 어븀을 도핑하는데 한계가 있기 때문에 졸-겔 공정을 이용한 실리카 박막을 만드는 방법이 연구되었다. 하지만 졸-겔 공정으로 제작한 마이크로 디스크는 표면 거칠기가 높다는 단점을 가지고 있어 $CO_2$ 레이저로 리플로우 공정을 시켜 마이크로토로이드 형태로 만드는 방법만을 사용하였다. 이 때 문제점은 리플로우 공정 과정에서 주변 소자들을 손상 시킬 수 있고 마이크로 디스크의 구조나 크기를 제어하기 힘들다는 점이다. 따라서 본 연구의 목표는 졸-겔 공정으로 제작한 마이크로 디스크의 표면 거칠기를 낮추어 향후 리플로우 공정 없이 디스크 레조네이터 형태로 제작 가능하게 하고 졸-겔 공정에서 실리카 박막 표면에 자주 발생하는 크랙이 생기지 않고 두께가 균일한 박막을 제작하는 것이다. 이를 위해 졸-겔 공정 과정인 졸-겔 합성 조건, 스핀코팅 조건, 어닐링 조건, 고밀도화 조건을 마이크로 디스크 제작에 최적화시켜 크랙이 발생하지 않고 두께가 균일한 실리카 박막을 제작하였고, 이 박막으로 제작한 마이크로 디스크의 거칠기가 낮은 표면을 얻었다. 표면 거칠기가 낮은 마이크로 디스크 제작이 가능해졌기 때문에 향후 $XeF_2$ 식각을 통해 디스크 레조네이터 형태로 연구가 가능하고 크랙이 생기지 않기 때문에 대면적을 이용한 다양한 형태의 소자로 응용이 가능할 것으로 보인다.