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本文分享一篇关于碳化硅集成光子学的文章，本文通过使用

1. 表面活化键合sic和sio2

2. 先把sic减薄到很薄的厚度

3. 表面cmp抛光

4. 表面等离子刻蚀抛光表面，使其更加光滑

5. 最终得到表面十分光滑的4h半绝缘碳化硅基片

6. 在其上面进行微纳加工得到高Q微谐振器。

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摘要

无论基础材料平台如何，实现高质量（Q）谐振器一直是人们不懈的追求，因为高Q谐振器提供了限制光的极端环境，从而能够高效地观察许多非线性光学现象。在这里，通过对数十个谐振的统计分析确定，在 4H 绝缘体上碳化硅 (4H-SiCOI) 平台上演示了平均 Q 因子为 6.75 × 10 6 的光子微谐振器。使用这些设备，可以观察到宽带频率转换，包括二次、三次和四次谐波的产生。据我们所知，级联拉曼激光也首次在我们的 SiC 微谐振器中得到演示。同时，通过设计SiC微谐振器的色散特性，我们实现了覆盖1300至1700 nm的宽带克尔频率梳。我们的演示代表了碳化硅光子集成器件开发的一个重要里程碑。

介绍

能够显着增强光与物质相互作用的高质量（Q）因子光学微谐振器引起了光子学界的强烈兴趣 1 。新型光子器件在基础研究和实际应用中都有很高的需求，例如腔量子电动力学 2 、高灵敏传感器 3 、非线性器件或滤波器元件 4 、Si 3 N 4 、GaAs 8 、LiNbO 3 9,10,11 等

最近，碳化硅 (SiC) 因其优越的材料性能以满足所有基本要求而引起了广泛关注。作为一种成熟的宽带隙材料，SiC 具有宽带隙（4H 多型体为 3.26 eV）、高折射率（1550 nm 处为 2.6）和宽透明窗口（0.37–5.6 μm） 12 ，可以避免困扰硅光子学的多光子吸收。SiC是一种兼容CMOS的半导体材料，有望通过CMOS代工 13 以较低的制造成本实现电子和光子的单片集成，比LiNbO 3 光子更具竞争力。SiC 的非中心对称晶体结构具有二阶（30 pm V −1 ）和三阶（10 −18 m2 W −1 阶） ）非线性效应 14 ，这使得能够实现高效的光频率转换和非经典光状态的片上生成。此外，与Si 3 N 4 和Si不同，SiC表现出普克尔斯效应，因此可用于低损耗、超快和宽带数据传输 15 ，这在 Si 3 N 4 和 Si 光子学中是无法实现的。除了上述优点外，结合其光学可寻址自旋量子位 16 、高击穿电压（3 × 10 −6 V cm −1 ）、高导热率（4.9 W cm −1 K −1 ）和高光学损伤阈值（80 GW cm −2 ）进一步使 SiC 平台成为独特且理想的候选者用于实现电子学、量子学和非线性光子学的单片集成 17,18 。

SiC光子学已经发展了十多年 19,20,21,22,23,24,25 ，实际应用的主要障碍之一是在晶圆级上制备超低光损耗SiC薄膜的难度。通过离子切割技术形成的4H-绝缘体上碳化硅(4H-SiCOI)已得到优化 26 。虽然具有晶圆级尺寸，但离子注入引起的缺陷产生的材料吸收被认为是主要损耗源 24 ，并且Q因子限制在10以下 5 .目前尚不清楚离子切割技术制备的SiC薄膜在后热处理后能否恢复到原始质量。基于薄膜外延技术的不同方法使微谐振器 20,21,27 的 Q 值高达 2.5 × 10 5 ，这仍然可能受到材料吸收的限制 27 。最近，通过减薄体晶圆制备的 SiC 薄膜被证明可以获得高达 100 万的 Qs 23,25 。该方法使 SiCOI 衬底具有块状 SiC 晶体的原始材料质量，这代表了高 Q SiC 光子学平台的重要且重大的进展。

在这里，我们展示了一个超低损耗 4H-SiCOI 平台，其 Q 因子达到创纪录的 7.1 × 10 6 。4H-SiCOI光子平台是通过晶圆键合和减薄技术制备的。高 Q 值谐振器用于演示各种非线性过程，包括生成高达四阶的多重谐波、级联拉曼激光和克尔频率梳。已经观察到宽带频率转换，包括二次、三次、四次谐波产生（SHG、THG、FHG）。拉曼位移为 204.03 cm −1 的级联拉曼激光首次在 SiC 微谐振器中得到证明。使用色散设计的 SiC 微谐振器，在 13 mW 的低输入功率下实现了覆盖 1300 至 1700 nm 的 Kerr 频率梳。通过调节泵浦波长，可以控制拉曼效应以实现宽带克尔频率梳。

结果

高Q值SiC微谐振器平台

高 Q 值微谐振器是在原始 4H-SiCOI 晶圆上制造的。晶圆级4H-SiCOI的制造过程如图1a所示。该工艺包括将 SiC 晶圆粘合到氧化物硅晶圆上，然后将晶圆研磨并抛光至几微米的厚度（参见“材料和方法”）。图1b显示了研磨和抛光后4H-SiCOI衬底的图像。如图1b所示，仅在边缘处键合失败，这是由于晶圆倒角导致边缘键合强度较弱。超过 95% 的 SiC 薄膜保持完整。如图1c所示的厚度测量结果，2-4μm厚度范围内的均匀面积比例超过60%。接下来，将晶圆切割成 10 × 12 mm 的芯片，并通过 SF 中的感应耦合等离子体 (ICP) 反应离子蚀刻 (RIE) 将每个芯片进一步减薄至所需厚度 2 等离子和化学机械抛光 (CMP)。图 1d 显示了 SiC 厚度为 800 ± 80 nm 的 10 × 12 mm 4H-SiCOI 芯片的照片，这说明与之前的结果相比有所改进 17,25 。大面积的均匀性足以支持电信、非线性光学和量子光子学领域中具有丰富功能的片上、紧凑的光子集成电路 28 。研磨过程中较大的厚度波动是一个工业级问题，可以使用晶圆修整等铸造解决方案进一步减少。

图 1：4H-SiCOI 的制造工艺和具有突出特点的微谐振器。

原始4H-SiCOI材料平台的制造过程。b 使用键合和减薄方法制造的 4 英寸晶圆级 4H-SiCOI 衬底的照片，标记了失效区域。c 4H-SiCOI 衬底的总厚度变化。d 4H-SiCOI 芯片的图像。e 制造 SiC 微盘谐振器的流程图。f 所制造的微盘谐振器的扫描电子显微照片（SEM）。g 谐振器侧壁的放大 SEM 图像。插图为谐振器顶面的原子力显微照片 (AFM) 扫描（比例尺 = 1 μm）。h 所制造的具有抛物线形状上表面的谐振器的侧视图 SEM 图像。

为了研究所制备的4H-SiCOI的光学性质，我们使用飞秒激光辅助化学机械抛光（CMP）方法制造了微盘谐振器，该方法是以前为实现超高Q值LiNbO 3 谐振器而开发的。有效 29,30 。如图 1e 所示，该工艺从 4H-SiCOI 芯片开始，然后进行飞秒激光微加工、CMP 和氢氟酸 (HF) 蚀刻（参见“材料和方法”）。图 1f 显示了所制造的直径为 160 µm 的 SiC 微谐振器的扫描电子显微 (SEM) 图像。谐振器边缘的特写图如图1g所示，测得均方根（RMS）表面粗糙度为0.1 nm，这揭示了所实现的超光滑表面和侧壁。SiC微盘的侧壁（上表面）具有抛物线形状，如图1h所示。

使用图 2a 所示的测量装置检查了所制造的 4H-SiC 微盘谐振器的 Q 因子和非线性光学特性。使用腰部约 1 μm 的锥形光纤将光耦合进出所制造的 4H-SiC 微盘。可调谐激光器（DLC CTL 1550，TOPTICA Photonics Inc.）发出的光被发送到偏振控制器，然后由掺铒光纤放大器（北京科阳光电技术有限公司）放大。放大的激光随后被发送到锥形光纤。使用光电探测器（New focus 1811，Newport Inc.）、光谱分析仪（OSA：AQ6370D，YOKOGAWA Inc.）和紫外-可见光谱仪（NOVA，上海艾迪光学股份有限公司）记录信号以表征所制造的 4H-SiC 微盘谐振器的非线性光学特性。图 2b 显示了自由光谱范围 (FSR) 为 2.07 nm（直径 160 µm，厚度 800 nm）的器件在 1561.5 nm 处的典型光谱测量。通过比较有限元模拟计算的结果，我们确定该模式为基本横电（TE）模式。通过微调耦合位置，可以调整光模的耦合条件。例如，在这种情况下，基本 TE 模式几乎是临界耦合的。根据洛伦兹拟合曲线测得半峰全宽 (FWHM) 为 41 MHz，负载 Q 因子为 4.7 × 10 6 。通过测量归一化传输深度，确定了 7.1 × 10 6 的固有 Q 因子。测得横磁 (TM) 模式的 FWHM 为 36 MHz，对应于 7.0 × 10 6 的固有 Q 值。在典型的谐振器中，有数十个源自具有高 Q 因子的不同模式族的谐振峰。为了进一步确认 Q 测量值，图 2c、e 中绘制了几个微谐振器的基本 TE 和 TM 模式族的固有 Q 因子直方图。TE 模式的最可能值为 6.75 × 10 6 ，而 TM 模式的最可能值为 6.25 × 10 6 。据我们所知，Q 因子是迄今为止已展示的 SiC 光子微谐振器中最高的 17,21,24,27 。

图 2：微谐振器 Q 因子的设置和统计研究。

用于表征 SiC 微谐振器中非线性光学过程的测量装置图。基本 b TE 和 d TM 模式共振及其拟合，计算得出的 TE 和 TM 模式的固有 Q 值分别为 7.1 × 10 6 和 7 ×10 6 。c TE 和 e TM 模式的内在 Q 因子直方图。c 和 e 中的插图显示了基本 TE 和 TM 模式数值模拟的电场分布。箭头表示电场矢量。（AFG任意函数发生器、CTL连续波可调谐激光器、PC偏振控制器、EDFA掺铒光纤放大器、UV-VIS紫外可见光谱仪、OSA光谱分析仪、PD光电探测器）

同时具有 χ (2) 和 χ (3) 非线性的光子平台在非线性光子应用中表现出更大的优势，因为它们可以为新频率的生成提供更大的自由度，并提供单片的可能性电光调制。LiNbO 3 是最著名的材料，同时具有大 χ (2) (d 33 = 25.2 × 10 −11 m V −1 ) 和 χ (3) (1.6 × 10 −21 m 2 V −2 ) 非线性 9,11 。然而，众所周知，LiNbO 3 具有拉曼效应和光折射效应强等缺点。SiC 是另一种有前景的材料平台，具有强 χ (2) (d 33 = 24 × 10 −11 m V −1 ) 和 χ (3) (8 × 10 −21 m 2 V −2 ) 非线性。在此，我们研究了这种 SiC 材料的拉曼效应和光折变效应。图3a、b比较了相同条件下测得的4H-SiC和LiNbO 3 的拉曼光谱。对于 514.5 nm 激发，样品上的激光功率约为 1 mW。4H-SiC 和 LiNbO 3 的特征声子模式可以在光谱中清晰地识别出来。LiNbO 3 具有多个强振动声子分支，具有较大的 FHWM，最强模式达到 44,900 计数。而在SiC中，主模E 2 (TO)的FHWM经计算为5.35 cm −1 ，其强度约为LiNbO 。SiC 中较低的拉曼增益和较窄的拉曼模式线宽表明，SiC 对于 Kerr 非线性应用比 LiNbO 3 更具竞争力。图 3c 显示了二氧化硅的拉曼光谱。由于其无定形结构的性质，二氧化硅的拉曼效应比 SiC 弱得多（约 1/10）。SiC中一定强度的拉曼效应是克尔梳形成的障碍。据报道，通过设计Si和金刚石 31 微谐振器的FSR，可以有效抑制拉曼效应和克尔梳之间的干扰，并且该策略也可以用于SiC。

图 3：SiC 中的拉曼和光折变效应。

a 4H-SiC、b LiNbO 3 和 c 二氧化硅的拉曼光谱比较。d 随着泵浦功率的增加，共振不断红移。e 测量并拟合微谐振器相对于泵浦功率的谐振偏移。

光折射源于光电导效应和电光效应引起的光致折射效应，会在晶体内部造成光学损伤，阻碍其在非线性光子学中的应用。在光学微谐振器中，例如LiNbO 3 和LiTaO 3 微谐振器，光折射的典型特征是谐振峰随着功率增加而蓝移 32 。然而，在高Q值SiC微谐振器中，发现腔谐振具有如图3d、e所示的线性红移关系，拟合斜率dλ/dP input = 1.52 pm μW −1 。这些特征是光吸收引起的热折射的典型特征，这意味着目前的SiC微谐振器中热光效应占主导地位，而光折变效应非常弱。相比之下，许多工作报道了在数百微瓦泵浦功率 32,33,34 的LiNbO 3 微谐振器中存在显着的光折变效应。因此，我们认为SiC在非线性光子学中的高光功率处理方面比LiNbO 3 更具优势。

SHG、THG 和 FHG 世代

研究了高 Q 值 SiC 微谐振器的频率转换。当泵浦功率低于其他非线性过程（例如拉曼激光和梳状生成）所需的功率时，会发生多次谐波，这将在后面的章节中讨论。本节使用直径为 160 μm、厚度为 800 nm 的微谐振器。作为谐波产生的概念验证，微谐振器并不是故意设计来满足相位匹配条件的。使用偏振控制器来激发 TE 模式。当泵浦激光波长调谐在1530和1570 nm之间，并且输入耦合功率设置为10 mW时，在可见光谱范围内出现各种颜色的强烈发射，包括红、橙、黄、绿和紫光。微盘，可以通过 CCD 相机清晰捕获（参见可视化 S1）。记录了明亮谐波产生的一些闪亮时刻，如图4a、d所示。明亮的发射甚至可以用肉眼发现（参见可视化 S2）。发射的光谱由 OSA 和光谱仪通过锥形光纤记录。当泵浦波长调谐到1552.6 nm附近时，记录了如图4e所示的可见光谱，776.3、517.5和388.0 nm处的发射峰可分别归因于二次、三次和四次谐波产生过程，因为它们的波长恰好是泵浦波长的 1/2、1/3 和 1/4。请注意，记录的 FHG 的超低光子计数是由于我们当前实验设置中的收集率较低。实际上，CCD 相机可以清晰地捕捉到 FHG 发出的共振紫光，如图 2 中的插图所示。如图4d所示，这表明SiC微谐振器表现出强大的FHG能力。目前的工作中观察到的三次和四次谐波是首次在芯片集成的碳化硅光子器件中报道。

图 4：SiC 微谐振器中的谐波产生。

用可见光 CCD 相机拍摄的色彩缤纷的微谐振器。微谐振器中的 b 红色、c 绿色和 d 紫色谐波光。估计泵浦功率为10 mW。e 二次谐波、三次谐波和四次谐波信号的频谱。f 实心圆圈表示倍频功率对基波功率的依赖性。红线是SHG数据的拟合曲线，归一化转换效率为3.91% W −1

此外，我们还研究了倍频输出功率对输入功率的依赖性。SHG 功率由 OSA 通过锥形光纤测量。泵浦波长设置为1554.2 nm。如图 4f 所示，SHG 强度随着输入功率的增加而增加。数据拟合表明，SHG 强度与输入功率的平方成正比，正如二阶非线性过程 35 所预期的那样。图4e中的实线是遵循假设的二阶非线性关系 𝑃SHG=𝜂SHG𝑃Fundamental2 的拟合曲线，其中η SHG 是归一化SHG转换效率< b4> 。拟合结果表明，η SHG 约为W −1 的3.91%。应该注意的是，该值很大程度上受到SHG波长的光纤锥度收集效率的限制。进一步的改进，例如通过物镜 36 或对接/光栅耦合器 37 通过空间收集来收集可见信号，并设计适当的相位匹配条件，将使增加转换效率至少提高两个数量级 38 。

级联拉曼激光的表征

对于拉曼激光测量，将约 1552.2 nm 的放大连续波 (CW) 泵浦激光注入直径为 160 μm、厚度为 800 nm 的微谐振器中。通过偏振控制器正确设置输入光偏振来激发 TE 模式。泵浦光的功率逐渐增加，同时激光波长慢慢调谐到高Q谐振模式。当泵浦功率达到 9 mW 以上时，在测量的光谱中观察到 1603.3 nm 的拉曼激光 [图 2]。5a]。斯托克斯线显示了204.03 cm −1 的频移，对应于单晶SiC 39 中E 2 (TA) 的声子分支。当泵浦功率进一步逐渐增大时，一阶拉曼梳和二阶拉曼激光相继出现。有趣的是，这两个过程不能同时存在，这表明拉曼梳和级联拉曼激光之间存在竞争。为了说明这一过程，图 5b、c 显示了测量的输出一阶和二阶拉曼激光作为输入泵浦功率的函数。图5b表明随着泵浦功率的增加，可以在两个泵浦阈值处产生一阶拉曼激光。第一个阈值泵浦功率为 10 mW，第二个阈值泵浦功率为 15 mW。在两个阈值泵浦功率之间，在一阶拉曼激光周围引发迷你梳，并且一阶拉曼激光的输出功率随着泵浦功率的增加而继续缓慢增加。当泵浦功率达到约14 mW时，对应产生约5 μW的一阶拉曼激光，迷你梳消失，二阶拉曼激光作用生效。在这一点之后，一阶激光器也显示出较大的增益，这可能是由于微型梳状体将功率传输回一阶激光。通过进一步增强泵浦，二阶激光器的输出功率持续增加，而一阶输出功率在35 μW左右趋于饱和。

图 5：级联拉曼激光的观察和阈值测量。

1603.3 nm 处的一阶拉曼激光，距离泵浦有 204.3 cm −1 位移（顶部）。一阶拉曼梳生成（中）。二阶拉曼激光产生（下）。b 一阶 SiC 拉曼激光器输出功率与输入泵浦功率的函数关系。插图是虚线框中数据的放大图。c 二阶 SiC 拉曼激光输出功率与输入泵浦功率的关系

在拉曼梳竞争的情况下，当前SiC微谐振腔的一阶拉曼激光器的阈值泵浦功率测量为10 mW，而同一微谐振腔中级联的二阶激光的阈值泵浦功率为14 mW。级联拉曼激光先前已在光纤和其他微谐振器中报道过 40,41 。作为具有宽透明窗口 12 的拉曼活性介质，这是在SiC光子结构中模拟拉曼激光及其级联过程的首次演示。结合SiC独特的材料特性，如高导热率和高光学损伤阈值，级联SiC拉曼激光器的实现将为扩展传统激光光源的光谱覆盖范围提供新的机会。

克尔梳一代

为了产生宽带频率梳，当前 SiC 微谐振器创纪录的高 Q 因子有助于产生光学参量振荡 (OPO)，随后由于腔内损耗低，可以实现高效率的级联变频过程 42 。此外，还需要微谐振器的反常群速度色散来补偿自相位调制和交叉相位调制引起的非线性相移 43 。为了研究所制造的微谐振器的色散特性，我们使用有限元模式求解器从理论上计算了群速度色散（GVD）。色散计算包括 TE 和 TM 模式的材料各向异性。图6a显示了不同半径为60、80、100和120μm的微谐振器的基本TM模式的色散，显然，色散曲线随着谐振器半径的增加而增加，并且可以从正常色散调谐到反常色散。接下来，在 100 μm 的固定半径下比较 650、750、850 和 950 nm 的厚度，如图 6b 所示。计算结果表明，更薄的微盘提供更大的反常色散。SiC 微谐振器通过控制其厚度和半径，显示出基本 TM 模式从正常色散到反常色散的可变色散。请注意，微谐振器的基本 TE 模式无法设计为达到反常色散状态。因此，在接下来的 Kerr 梳生成实验中，仅激发 TM 模式。根据图 6，选择半径为 100 μm、厚度为 850 nm 的微谐振器来满足反常色散。

图 6：微谐振器的色散工程。

a 厚度为 850 nm、半径为 60、80、100 和 120 μm 的微谐振器基本 TM 模式的色散计算。插图显示基本 TM 模式的模拟模式轮廓。b 半径为100 μm、厚度为650、750、850和950 μm的微谐振器基本TM模式的色散计算

Kerr频率梳是通过OPO过程产生的，该过程取决于微谐振器中非线性四波混频的参量放大和振荡的组合。如果注入连续波并调谐成高Q值谐振，微谐振器内部将积聚强光场。当参数增益超过腔体往返过程中的损耗时，累积功率会在临界功率阈值 44 处触发OPO。OPO 阈值功率可以通过表达式 45 𝑃th≈1.54(𝜋2)𝑄𝑐2𝑄𝐿3𝑛2𝐿𝐴𝑒𝑓𝑓𝜆𝑛2 估算，其中 A eff ≈ 2.5 μm 2 为微谐振器的有效面积，n = 2.6 且 n 2 = 8 × 10 −19 m 2 W −1 为SiC 的折射率和克尔非线性系数。对于半径为100μm、负载Q因数为4×10 6 的微谐振器，计算出接近临界耦合条件时的阈值功率为5.2mW。图 7a 显示了当泵浦波长为 1544.65 nm 时测量的初始 OPO 状态的光谱。出现一阶斯托克斯、反斯托克斯和二阶拉曼，这可以根据相应的204.03 cm波长偏移 −1 来确认。测得 OPO 阈值功率约为 10 mW，是理论值的两倍。这可能是因为拉曼散射的存在导致泵浦功率部分用于激发OPO过程。当泵浦波长逐渐红调谐到1544.848 nm附近的谐振时，拉曼相关信号消失，但OPO振荡仍然存在，这表明OPO和拉曼振荡之间存在功率转移。通过调节泵频率 46 ，这种功率交换是可控且可逆的。OPO 经历更高的功率增益，直到通过热锁定实现自稳定，从而触发更多梳状线，其光谱间隔比 FSR 宽三倍。通过进一步增强泵浦功率，初级边带之间的间隙可以通过间隔为 1 个 FSR（2.08 nm，约 1550 nm）的梳状线来填补。测量了从 1300 到 1700 nm 的宽带克尔频率梳，如图 7c 所示。观察到的梳的形状表明生成的梳是调制不稳定（MI）频率梳 47 。对于实际应用，下一个重要步骤是访问孤子形成。SiC的热光系数（4.21×10 −5 K −1 ）与Si 3 N 4 (2.4 × 10 −5 K −1 )，并且在当前的 MI 梳中已经避免了拉曼效应。这些事实的结合为利用时间扫描技术在 SiC 平台中产生孤子提供了广阔的前景，该技术已在其他材料平台中得到广泛证明 47,48 。

图 7：半径为 100 微米、厚度为 850 纳米的 4H-SiC 微谐振器中的宽带克尔频率梳生成。

a 使用 10 mW 的发射泵浦功率生成的测量 OPO 光谱。b 将泵浦波长红调至 1544.848 nm 附近共振时生成 Hyper-OPO 光谱。c 当 13 mW 泵浦在 1544.848 nm 处注入微谐振器时产生宽带 Kerr 频率梳

讨论

总之，我们报告了一种低损耗、色散设计的 SiC 微谐振器，具有晶圆级的潜在可扩展性。通过对数十个共振的统计分析确定平均 Q 因子 6.75 × 10 6 。使用这些 Q 因子高达 7.1 × 10 6 的器件，我们展示了片上 SHG，即使没有优化相位匹配，其转换效率也高达 3.91% W −1 。首次在片上碳化硅光子器件中观察到三次和四次谐波，这可以通过记录的光谱和谐振器发出的明亮彩色光来确定。级联拉曼激光也首次在 SiC 微谐振器中进行了演示。对于一阶和级联二阶拉曼激光，测量的阈值泵浦功率分别为 10 和 14 mW。最后，使用色散工程 SiC 微谐振器实现了低阈值 OPO 和宽带 (~400 nm) Kerr 频率梳。我们相信，高 Q 值 SiC 光子学平台及其多样化的非线性功能将为基于 4H-SiCOI 的广泛量子和经典应用铺平道路。

材料和方法

4H-SiCOI 制造

晶圆级4H-SiCOI的制造过程如图1a所示。将4英寸高纯半绝缘4H-SiC晶片与热氧化Si(100)衬底在室温下直接键合，形成块体-SiC-SiO 2 -Si结构。在此过程中使用了等离子体表面活化。为了增强键合强度，键合晶圆在N 2 气氛中于600℃下退火8h。然后，通过机械研磨对键合晶圆进行加工，将 SiC 层的厚度从 500 μm 减薄至 10 μm 以下。研磨过程涉及使用金刚石树脂结合剂砂轮机械去除 SiC 层。最后，将晶圆切割成10×12 mm的芯片，并通过SF 2 /中的感应耦合等离子体（ICP）反应离子刻蚀（RIE）将每个芯片进一步减薄至预定厚度。O 2 等离子和化学机械抛光 (CMP)。

微谐振器制造

如图 1e 所示，所制备的 4H-SiCOI 结构是硅衬底上埋入氧化硅 (2 μm) 层顶部的 SiC (800 nm) 层。为了对谐振器进行图案化，采用了飞秒激光微加工。该方法具有一些独特的特性，包括非热烧蚀、高空间分辨率与良好的材料去除率相结合，以及以无掩模直写方式生成任意图案的灵活性。使用物镜（×100/NA 0.7）将飞秒激光束聚焦成~1 μm直径的焦点，并以10 mm s −1 聚焦的扫描速度进行微加工。激光点。值得注意的是，飞秒激光烧蚀通常会留下大约 100 nm 的表面粗糙度，在制造高 Q 微谐振器时应该消除该粗糙度。使用晶圆研磨抛光机进行 CMP 工艺，使 4H-SiC 微盘的顶面和侧壁变得光滑。CMP 工艺可以在 4H-SiC 微盘边缘实现 0.1 nm 的极低表面粗糙度，这对于实现超高 Q 因子至关重要。最后，通过在稀释的 HF 溶液（10%）中将二氧化硅层底切到基座中来形成悬浮微盘。

Q 因子、谐波、拉曼激光和梳状表征

C 波段连续波可调谐激光器（DLC CTL 1550，TOPTICA Photonics Inc.）用作信号源（用于测量 Q）和泵浦源（用于激发各种非线性过程）。激光器的微调由任意函数发生器（AFG3052C Tektronix Inc.）控制。可调谐激光器的偏振状态由光纤偏振控制器（FPC562，Thorlabs Inc.）调节。可调谐激光由掺铒光纤放大器（KY-EDFA-HP-37-D-FA，北京科阳光电技术有限公司）放大。使用腰部为 1μm 的锥形光纤将光耦合进出所制造的 4H-SiC 微盘。使用光电探测器（New focus 1811，Newport Inc.）记录来自锥形光纤的信号并将光信号转换为电信号。电信号进一步发送到示波器（MDO3104 Tektronix Inc.），用于 4H-SiC 微盘谐振器的 Q 因数测量。为了表征所制造的 4H-SiC 微盘谐振器的非线性光学特性，将耦合光纤的 90% 输出光束引导至光谱分析仪（OSA：AQ6370D，YOKOGAWA Inc.），使用光纤分束器进行红外光谱分析，而剩余的10%输出光束被路由至紫外可见光谱仪（NOVA，上海艾迪光学股份有限公司）进行紫外可见光谱分析。