Synthesis and characterization of thin film silicon oxycarbide for integrated optical thermal actuators

This thesis work is focused on synthesizing, characterizing, and integrating sputtered thin films of silicon oxycarbide to realize efficient integrated optical thermal actuators. The SiOC composition should guarantee a very low absorption, a relatively high refractive index, the highest thermo-optic coefficient possible, and excellent adhesion to the typical materials used in integrated optical platforms. To this aim, the optical, morphological, and chemical properties change with the sputtering deposition have been analyzed. The integration of silicon oxycarbide on a silicon nitride waveguide with polymeric cladding has been investigated. Therefore a sputtering process has been developed to deposit sputtered thin films with a polymeric component integrated into the chip allowing the possibility to use of an enormous class of materials. The experimental evaluation of the thermo-optic coefficient through reflectometry of thin film silicon oxycarbide and directly on-waveguide shows a value as high as 2.6 × 10−4 ◦C−1. This work has been developed at Polifab clean room facilities, the micro and nanotechnology center of Politecnico di Milano, and at the Photonic Devices lab of Politecnico di Milano

Questo lavoro di tesi è incentrato sulla sintesi, caratterizzazione e integrazione di film sottili sputterati di ossicarburo di silicio per realizzare attuatori termici in ottica integrata efficienti. La composizione del SiOC dovrebbe garantire un assorbimento molto basso, un indice di rifrazione relativamente alto, il più alto coefficiente termo-ottico possibile e un’ottima adesione ai materiali tipici utilizzati nelle piattaforme di ottica integrata. A questo scopo sono state analizzate la variazione delle proprietà ottiche, morfologiche e chimiche con la deposizione per sputtering. È stata studiata l’integrazione di ossicarburo di silicio su una guida d’onda di nitruro di silicio con rivestimento polimerico. Perciò è stato sviluppato un processo di sputtering per depositare film sottili sputterati consentendo la possibilità di utilizzare un’enorme classe di materiali. La valutazione sperimentale del coefficiente termo-ottico tramite riflettometria di film sottili di ossicarburo di silicio e direttamente in guida d’onda mostra un valore fino a 2.6 × 10−4 ◦C−1 . Questo lavoro è stato sviluppato presso le camere bianche di Polifab, il centro di micro e nanotecnologie del Politecnico di Milano, e al Photonic Devices lab del Politecnico di Milano.