Silicon oxycarbide for integrated photonics

This thesis work is about the deposition and characterization of SiOC layers, for integrated photonics applicatons, obtained by reactive RF magnetron sputtering and plasma-enhanced chemical vapor deposition. Through the measurement of both physical and optical properties, the relation between those properties and the recipe parameters was investigated and a roadmap for future deposition is traced. The optimization of lithography and etching for the realization of photonic integrated circuits is presented, bringing also some examples of results obtained with different recipes in the form of SEM image or optical microscope images. A final recipe is fixed. The waveguide characterization is composed by the estimation of the losses due to propagation and to the coupling between the fibers and the waveguides, through the cut-back tecnique. The thermo-optic coefficient estimation, obtained by the implementation in the measurement setup of a thermoelectric cooler, based on the Peltier effect, and some non-linear measurements concludes the thesis. This work has been developed at Polifab clean room facilities, the micro and nano technology center of the Politecnico di Milano, and at the photonic devices lab of the Politecnico di Milano.

La tesi tratta della deposizione e caratterizzazione di strati di SiOC, per applicazioni di ottica integrata, mediante RF magnetron sputtering reattivo o deposizione chimica da vapore assistita da plasma. Viene analizzata, attraverso la misura di proprietà fisiche e ottiche di campioni ottenuti con differenti ricette, la dipendenza tra le caratteristiche dei campioni e i diversi parametri di deposizione associati. Attraverso la rielaborazione dei risultati ottenuti, è stato possibile individuare l’influenza dei singoli parametri sulle proprietà finali dei film ottenuti. Vengono quindi esposti i processi di ottimizzazione di fotolitografia ed etching, portando anche molteplici esempi di risultati ottenuti attraverso immagini ottenute sia al microscopio ottico che a quello elettronico, presentando infine una ricetta ottimizzata per film preso in considerazione. La caratterizzazione funzionale dei dispositivi ottenuti si compone della stima delle perdite di propagazione attraverso la tecnica di cutback e lo studio della risposta di alcuni componenti integrati. La stima del coefficiente termo ottico del campione, ottenuta attraverso l’utilizzo di un termistore, ed alcune misure di non linearità con le successive considerazioni finali sul materiale concludono la tesi. Questo lavoro è stato interamente sviluppato presso la camera bianca di Polifab, il centro di micro e nano tecnologie del Politecnico di Milano, ed il laboratorio del gruppo di dispositivi fotonici del Politecnico di Milano.