研究目的
研究InGaAs膜波导作为单片集成中红外光学气体传感器平台的潜力。
研究成果
该研究成功展示了用于氨气检测（波长λ=6.15微米）的悬浮InGaAs高约束等离子体波导（HPCWs）和悬臂波导（SWWs）的设计、制备与表征。悬臂波导具有更低的传输损耗，且兼容TE和TM偏振光，因而更适合单片集成电路集成?；诹孔蛹读す馄?量子级联探测器（QCL/QCD）集成的悬臂波导传感器估算出的最小可检测气体浓度为84 ppb，凸显了该平台在中红外吸收光谱芯片集成应用中的潜力。
研究不足
该研究受限于波导的传播损耗，其中高折射率对比度波导（HPCWs）比标准波导（SWWs）表现出更高的损耗。此外，集成系统中HPCWs的制备工艺复杂性以及偏振旋转器的需求可能会阻碍气体传感灵敏度的提升。
1：实验设计与方法选择
本研究设计并制备了全悬浮InGaAs波导器件，采用多孔光子晶体波导（HPCW）和亚波长光栅包层波导（SWW）实现λ=6.15μm的中红外传感。研究方法包括模式分布与光子能带结构模拟、悬浮InGaAs HPCW和SWW的制备，以及测量与仪器配置。
2：样品选择与数据来源
样品基于InGaAs-InP平台制备，该平台在整个分子指纹区（λ=3-15μm）具有透明性且兼容QCL/QCDs的单片外延生长。
3：实验设备与材料清单
制备流程包含InP衬底晶圆上的InP/InGaAs/InP/InGaAs层外延生长、AZ 5214-E光刻胶接触式光刻、Jeol FSE 6000电子束光刻、反应离子刻蚀及感应耦合等离子体刻蚀。测量系统由单模连续波分布反馈量子级联激光器、黑钻石-2透镜、线栅偏振器、半波片、斩波轮、锁相放大器、多模As2Se3光纤及液氮冷却HgCdTe探测器组成。
4：实验流程与操作步骤
制备过程包括定义悬浮区域、刻蚀顶层、沉积金对准标记、沉积SiO2硬掩模层、电子束光刻图案化波导、刻蚀SiO2与III-V族材料层、去除残余光刻胶与氧化层，以及实现HPCW和SWW结构悬浮。测量采用端面耦合装置，通过管道直接向芯片表面输送氨气。
5：数据分析方法
通过测量有无氨气流时的输出功率随时间变化，评估HPCW与SWW的氨气传感性能，并采用截断法测量传输损耗。
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