台湾开发混合纳米材料,用于平面光波导芯片

台湾地区工研院化学工业研究所最近宣布成功研发一项有机无机混合纳米材料,应用于制备光通信组件关键的平面光波导(PLC)芯片。它与其它材料的兼容性佳,并兼具有机与无机材料的优点:尺寸安定性高、加工容易、能依需求调控光学性质。由于这项新材料具感光特性,在工艺上能以显影方式直接做出导光线路,可进一步应用于低成本的简单工艺,大量制造高品质光通信组件。

据介绍,如同IC芯片的概念,平面光波导(Planar Lightwave Circuit；PLC)就是利用与传统半导体兼容的工艺技术,将光学模块整合在晶圆(wafer)上,有助于光通信组件积体化、缩小体积,并可以减少封装次数、提高稳定度与可靠度,降低成本。平面光波导使用的材料非常多样,包括无机或高分子材料。无机材料的应用发展较早,而高分子材料易调控,在工艺上较简易,所需时间也较短。

当光纤通信朝向客户端发展时,低价、体积小、可量产及多信道数(channel count)的光通信组件将是必然的发展趋势,有别于传统制造光通讯组件需要密集劳力、产能低、良率差,高分子平面光波导适用于量产低价高品质的光通信产品。除了光通信组件,还可广泛应用于耐磨耗、抗反射的薄膜涂层开发,以及高经济价值的多功能光触媒、电极材料、绝热、低介电及污染处理等材料上。

该所所长郑武顺表示,目前应用于平面光波导的高分子材料皆由海外大厂如日立、杜邦、陶氏化学、奇异等所掌握,由于各国厂商的策略应用,材料并不向联盟以外的公司提供,因此台湾地区光通信厂商面临材料取得不易的困境。

该所光电材料技术组副组长张光伟说,化工所特别设计具感旋光性的有机无机混合纳米材料,兼具无机材料的机械强度与高分子材料易加工两者优点,可以曝光成像,能以简单的旋转涂布及曝光显影方式直接做出导光线路,省却传统半导体工艺中必须蚀刻的步骤,不仅缩短研发到工艺的时间,更可大幅减少组件制造厂的设备投资成本。

负责此项技术研发的研究员田佩强调,化工所开发的新型材料透光率高、储存安定性佳、能依不同的光学特性需求加以调控,经组件级的回切法(cut-back)测试,材料的光损耗率(optical loss)达0.5dB/cm,符合国际大厂制作高分子平面光波导材料的标准；精确控制折射率再现的表现(小至小数点以下第四位)更优于国际各大厂。田佩指出,未来化工所将在这项新材料与工艺的基础上继续发展,开发出可商品化的组件。