#DBR反射镜 #氮化硅窗口

划重点：

#近化学计量比氮化硅镀膜

#不含氢pecvd非晶硅镀膜

#DBR反射镜镀膜 #tio2和sio2  #Ta2o5和sio2 #SiN和sio2

#深硅刻蚀 

 高应力氮化硅（Si₃N₄）薄膜是腔体光机械学领域的最先进材料，兼具超低耗散、光学透明性，并与晶圆级纳米制造完全兼容。然而，将其集成到高品质因数光腔中一直具有挑战性，通常需要依赖键合或对准敏感的组装工艺，这限制了可扩展性和长期稳定性。在此，我们提出了一种单片、晶圆级的集成策略，将高应力 Si₃N₄ 光子晶体薄膜直接悬挂在热兼容的 SiN/SiO₂ 分布式布拉格反射镜（DBR）上，该 DBR 可承受制备化学计量 Si₃N₄ 所需的高温。采用无缺陷的非晶硅牺牲层和无粘附等离子体下刻工艺，实现了垂直耦合腔，间距亚微米——在释放后几秒内即可形成自对准谐振器。得益于固有的拉伸应力，悬挂薄膜呈原子级下垂，保证了近乎理想的腔平行性和长期稳定性。光学反射率测量显示，镜间纳米间隙的腔体品质因数超过 8 × 10²。机械衰减测量表明 Q_mech > 10⁵，说明 DBR 的集成保持了高应力 Si₃N₄ 的低耗散特性。这表明该集成工艺保留了材料的卓越耗散稀释特性，可直接扩展至文献中报道的高 Q 纳米机械结构。最终得到的 Si₃N₄–DBR 平台将光学和机械相干性结合，高产率且设计灵活，为精密传感和量子光子学提供可扩展的光机械器件。

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I. 引言

腔体光机械学利用光与谐振系统中机械运动的相互作用，已成为基础研究和精密传感技术的重要平台【1,2】。其最基本的形式是一个光学腔，其中一面镜子可移动。镜子的运动调制腔内光场，从而实现对位移和力的高精度读取。将光限制在小体积内的高品质因数腔中，可进一步增强这些效应，实现基态冷却【3】、量子压缩【4】、超灵敏力学测量【5】，以及科学上最敏感的位移检测【6】。要实现如此性能，需要极高的光学和机械相干性：腔体必须保持高品质因数，机械元件必须表现出超低机械耗散和强光机械耦合。为了接近这些极限，可移动镜子需兼具高光学质量（高反射率和低曲率）与低机械损耗，实际上，这倾向于采用轻质、高应力薄膜，可设计为与支撑结构的耦合最小化。

在可用于此类反射器的材料中，高应力氮化硅（Si₃N₄）薄膜已成为室温光机械学的最先进选择【7】。其优势在于：大内建拉应力【8】、电信波长下极低光吸收（十亿分之一量级）【9】、以及晶圆级 CMOS 制造兼容性，这使其具备卓越的光机械性能（Q_mech）【10–17】。因此，Si₃N₄ 膜可实现阿托牛顿级力传感、芯片级惯性导航【18】、机械频率梳【19】以及室温量子态制备【20】。其多功能性使其可实现多种纳米机械结构，包括：纳米弦【14,15,21–26】、鼓面薄膜【10,16,27–29】、声子晶体（PtC）谐振器【11,13,17,30,31】以及蹦床薄膜【5,12,32,33】。所有这些例子均展现了创纪录的低阻尼和对室温热机械噪声的强隔离。

这一优异性能的关键在于高温低压化学气相沉积（LPCVD），用于制备化学计量的 Si₃N₄，具有吉帕斯卡级拉应力和十亿分之一量级光学吸收【9】。高温工艺实现了化学计量，从而抑制光吸收，并在 kHz–MHz 弯曲频率范围内获得了纳米机械材料中最低的机械损耗正切值。尽管 Si₃N₄ 谐振器在室温下已表现出最高的 Q_mech，其品质因数在低温下进一步提升【34–38】，进一步强化了其作为量子测量和精密传感在各温度下独特而强大的平台的地位。

图 1 Si₃N₄ 膜的传统制备方法与集成方法对比。
(a) 传统光学访问所需的 Si₃N₄ 膜制备，需要对芯片进行深刻蚀，工艺复杂、精细，并会留下需后续清理的残留物。
(b) 传统 DBR 形成腔体所需的复杂对准基础设施。
(c) 集成方法：在硅牺牲层及由 SiO₂ 和 Si₃N₄ 构成的 DBR 上以高温沉积高应力 Si₃N₄。对硅层进行几秒钟下刻，使高应力 Si₃N₄ 光子晶体膜悬挂于 DBR 上，形成自对准的单片光机械腔，具有高 Q_mech。

然而，这种极高的机械灵敏度也要求同样稳定的光学界面以进行读出。在反射式 Si₃N₄ 薄膜与传统镜面之间实现亚纳米级对准，需要卓越的机械精度和热稳定性，通常依赖大量对准基础设施【39–46】。如图 1(a–b) 所示，现有实现通常依赖完全刻蚀穿透 Si₃N₄ 芯片以开设光学窗口【47】，然后手动将薄膜与外部腔结构对准。这些传统方法工艺精细、耗时，并且难以扩展或封装。

近期，将高性能纳米机械镜集成到分布式布拉格反射镜（DBR）上的工作探索了牺牲层沉积策略，如在 III–V 系统中的示例【48】。然而，III–V 平台受限于晶圆尺寸小、与 CMOS 不兼容，以及机械性能随时间退化。将类似集成方案扩展到 Si₃N₄ 的根本限制在于材料的不兼容性：制备化学计量高应力 Si₃N₄ 所需的高温（≈800–900°C）超出了传统 Ta₂O₅/SiO₂ DBR 的热预算，导致薄膜退化和分层。尝试将 Si₃N₄ 膜直接键合到镜面上，仍无法保持高 Q_mech【44,49】，且依然需要繁琐的对准。这些限制阻碍了可扩展、单片化光机械腔平台的实现，同时保持 Si₃N₄ 膜卓越的光学和机械性能。人们长期追求超短腔长，以增强光机械耦合，其效果不同于较长的自由空间腔【46,48】。

在本工作中，我们通过提出单片腔体平台克服了这些长期挑战，该平台将悬挂的高应力 Si₃N₄ 膜直接集成在热稳定、低损耗的 LPCVD SiO₂/Si₃N₄ DBR 上。通过无缺陷非晶硅牺牲层和无粘附干等离子体下刻，实现了膜反射器与 DBR 之间的亚微米腔隙。这些腔隙自对准，精度达纳米级，是迄今利用反射 Si₃N₄ 膜实现的最短自由空间光机械腔之一【46,48,49】。悬挂膜的拉应力约为 1 GPa，表现出皮米级下垂，相当于原子半径量级，自然产生平行光学界面并实现高制备良率。这为紧凑、高相干性 Si₃N₄ 光机械腔的可扩展实现开辟了途径，无需传统膜中间系统的对准和组装瓶颈。

II. 集成光机械腔的设计与光学优化

光腔读出通过将机械可调的 Si₃N₄ PtC 膜与高反射率 DBR 垂直耦合实现，形成紧凑的 Fabry–Pérot 腔（图 2a）。在该几何结构中，悬挂的 PtC 膜作为部分透射的顶镜，DBR 作为高反射底镜，二者之间的亚微米空气间隙定义了光学腔。薄膜的微小位移可调制腔的共振频率，从而实现灵敏的干涉测量读出。相应的光机械耦合强度 G=∂ωc/∂xG = \partial \omega_c / \partial xG=∂ωc/∂x 随光学模式体积减小而增加，因此更紧的垂直光约束和更小的腔隙可增强位移到频率的转导效率。

首先，设计 DBR。DBR 覆盖整个晶圆，提供宽带反射。我们采用交替的 SiO₂（n₁ = 1.44）和 Si₃N₄（n₂ = 2.0）四分之一波长层，中心波长为 1550 nm。SiO₂ 厚度为 269 nm，Si₃N₄ 厚度为 194 nm，可产生建设性光学干涉，并对 24 层堆叠（总厚度约 5.8 µm）实现模拟峰值反射率约 99.91%。最上层为 SiO₂，可在 SF₆ 释放步骤中提高选择性，减小表面粗糙度，并确保 DBR 在整个加工过程中保持光学完整性。代表性 DBR 光谱如图 2b 所示。 

图 2 集成 Si₃N₄–DBR 腔的设计与光学优化。
(a) 腔体结构示意图，显示高应力 Si₃N₄ PtC 膜悬挂在 24 层 Si₃N₄/SiO₂ 分布式布拉格反射镜（DBR）上。
(b) PtC 膜（红色）与 DBR（蓝色）的模拟反射率光谱，显示在目标腔波长 1550 nm（绿色虚线）处的重叠情况。
(c) PtC 模拟反射率轮廓图，作为晶格常数 a 和孔径 r 的函数，指示用于制备的设计点（白色星号）。

悬挂膜充当光刻可调的光子镜：通过调整其 PtC 几何结构，可以精细控制反射率以及与 DBR 停止带重叠的波长。我们采用 200 nm 厚的高应力 Si₃N₄ 膜，该厚度在反射率和机械耗散之间取得平衡（膜越薄 Q_mech 越高，但可实现的光学反射率降低）。

使用有限元模拟（COMSOL）通过扫描孔径 r 和晶格常数 a（接近 1550 nm 设计点）获得 PtC 的反射率。得到的反射率图（图 2c）显示出对应于平面外建设性干涉的高反射窄脊。白色星号标记的几何结构在最大化反射率的同时，对光刻容差仍具有鲁棒性。

由于 PtC 镜依赖于平面周期性，其自然表现出偏振依赖性，反射率随入射光束的发散角变化。光束越大、聚焦越弱，可采样更多周期且平面内 k 分布更窄，从而提高有效反射率。相比之下，DBR 仅具有垂直周期性，对偏振不敏感，提供均匀的宽带反射率。

为了模拟组合腔，采用严格耦合波分析（RCWA）。模拟中考虑了实际制备偏差。使用以下代表性参数可获得与模拟良好一致的结果：a = 1.36 µm，r = 0.557 µm，t_SiN = 193 nm，t_SiO = 271 nm，n_SiN = 2.09，n_SiO = 1.42，腔间距 t_cav ≈ 0.95 µm，膜厚 t_PtC = 191 nm。LPCVD 膜中自然存在微小偏差，但由于 DBR 宽带停止带和 PtC 反射脊缓坡，其对腔品质因数影响不大。

总体而言，DBR 提供热稳定、宽带反射，而光刻可调 PtC 允许精确匹配腔波长。二者共同形成单片、自对准腔，具有强垂直约束，适用于高灵敏度光机械读出。垂直光机械耦合与 Si₃N₄ 尤其匹配，因为其高 Q 谐振器依赖于由超薄膜厚度（≈200 nm）设定的平面外弯曲模式，这可通过沉积轻松实现，但通过平面纳米光刻难以实现。

III. 使用干法工艺的可扩展纳米制造

为了实现单片光机械腔的稳健晶圆级平台，我们开发了完全由干法工艺步骤组成的制备流程（图 3a），每个步骤提供顶部和横截面视图。在制备过程中去除液体，避免了粘附和毛细力，确保高应力 Si₃N₄ 的光学和机械性能得以完全保留。

该工艺以在硅晶圆上通过 LPCVD 沉积多层 Si₃N₄/SiO₂ DBR 开始。由于每一层均在高温下沉积，DBR 在后续加工中保持结构稳定性和清晰界面。随后，通过感应耦合等离子体化学气相沉积（ICP-CVD）沉积 1012 nm 的非晶硅牺牲层，参数优化以抑制氢掺入，防止后续高温 LPCVD 步骤中产生鼓泡或气泡。最后，沉积 200 nm 化学计量 Si₃N₄ 膜以形成高应力薄膜，并随后通过纳米孔图案化以提高反射率。完整的沉积配方详见方法部分。

图 3 单片 Si₃N₄–DBR 光机械腔的高产量制备。
(a) 制备流程示意图，每步提供顶部和侧视图：Si₃N₄/SiO₂ DBR 及非晶硅牺牲层的 LPCVD 生长；Si₃N₄ 膜的光刻图案化；定向 CHF₃/O₂ 刻蚀；表面清洁；以及无粘附各向同性 SF₆ 下刻以悬挂薄膜。
(b) 横截面 SEM，显示释放前的 DBR 堆叠结构、非晶硅牺牲层和顶部 Si₃N₄ 膜（插图：测得牺牲层厚度约 1012 nm）。白色虚线标示 DBR 顶层 SiO₂。
(c) 完全悬挂薄膜的顶视光学显微照片，展示晶圆级均匀性和清洁释放效果。

薄膜图案通过高分辨率电子束光刻定义。曝光和显影后，方格晶格 PtC 孔通过 CHF₃/O₂ 感应耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）转移到 Si₃N₄ 膜中，该刻蚀工艺可形成各向异性轮廓和平滑侧壁。残余光刻胶通过 N,N-二甲基甲酰胺去除，随后进行 Piranha 清洗以去除有机物，在悬挂前获得化学上干净的膜表面。

薄膜悬挂通过短时间各向同性 SF₆ 等离子体下刻实现，可选择性去除非晶硅牺牲层，同时保持膜和 DBR 相对未刻蚀（图 3a）。由于释放过程完全干法进行，该工艺本质上无粘附，使高纵横比悬挂纳米结构的制备几乎不发生塌陷或断裂【14,17,50】。SF₆ 下刻可获得异常干净的腔体界面、均匀的空气间隙，并在整个晶圆上具有高重复性【51】。值得注意的是，该干释放方法已多次证明能够制备机械和光学损耗极低的纳米机械器件，并且模拟与实测耗散高度一致——这是液体刻蚀（如 KOH）难以实现的，因为液体刻蚀需要数小时穿透晶圆才能获得光学访问。相比之下，我们的腔体在数十秒内形成，即可立即得到完全对准的 Si₃N₄ 膜–DBR 腔；这代表了最先进膜材料与现有光学读出系统集成方式的根本性变革。

横截面 SEM 图（图 3b）显示多层 DBR、牺牲层以及 LPCVD 堆叠形成的界面清晰度。顶视图（图 3c）显示完全悬挂的膜及均匀的 PtC 图案。约 1 GPa 的残余拉应力保持薄膜张紧、平整且在搬运和光学探测中稳固，毫米级跨度上仍具有纳米级下垂【52】，实现了膜与 DBR 之间的腔体平行性，这是传统对准方案（如图 1b）难以实现的。

这些干法工艺步骤共同提供了一条高产量、晶圆级的单片膜–DBR 腔制备路线，保证了稳固的结构完整性。我们将展示该平台不仅保证膜的机械存活，还保持了强光学腔性能和低机械耗散。

IV. 光学腔共振的表征

为了评估集成 Si₃N₄ 膜–DBR 腔的光学性能，我们使用图 4a 所示的微反射测量装置进行实验。可调二极管激光器（1530–1620 nm）经过准直器、偏振控制器和偏振片，然后通过高 NA 物镜聚焦到膜上。反射光沿相同光路返回，通过光路环送入光电二极管。白光照明路径和摄像头集成在光束路径中，实现了实时成像和对测试膜的精确对准。

为了进行系统的光学表征，芯片上包含 16 个 1 × 1 mm² 悬挂薄膜阵列，其 PtC 孔半径在光刻过程中有所变化，如图 4b 所示。无膜的参考区域（中心单元格）用于直接测量裸 DBR 反射率。在测量过程中，利用摄像头图像（图 4c）将红外探针定位在悬挂膜上，同时可视化确认膜的完整性，避免膜边缘或缺陷。

两个不同 PtC 孔半径的代表性反射率光谱如图 4d 所示。每个光谱均显示两个明显的凹陷。短波长特征（1535–1545 nm）对应垂直约束的腔模式，其位置随孔半径变化明显，反映了该模式对膜有效折射率的敏感性。相比之下，1555 nm 附近的长波长凹陷源自 DBR 堆叠，对于所有膜设计保持光谱不变，说明其由多层镜控制，而非图案化 Si₃N₄ 膜。

腔模式形成在膜与 DBR 之间的垂直空气间隙中，表现为短波长凹陷，当孔半径变化（500 nm vs. 510 nm）时发生位移。这种位移反映了空气填充分数增加导致膜有效折射率的变化。DBR 模式则由多层堆叠决定，光谱上保持不变。

为识别这些共振的物理起源，我们进行了电场分布的有限元模拟（图 4e–f）。在腔共振波长，电场在空气间隙中强烈局域，形成垂直约束的 Fabry–Pérot 模式，在高反射 DBR 与 PtC 膜之间形成驻波。该模式具有狭窄线宽，测得 FWHM 为 2.55 nm，对应光学品质因数 Q_opt ≈ 604，腔衰减率 ≈ 800。

长波长特征对应 DBR 模式，当图案化膜散射光获得非平面波矢时出现。尽管裸 DBR 可强烈反射法向入射平面波，PtC 膜的邻近性引入了横向散射，产生离轴和高阶 k 分量，这些分量可穿透多层堆叠，形成主要局限在 DBR 内的带边光学模式，仅弱耦合回膜。由于该共振由平面内散射动力学决定而非垂直腔间距，其光谱响应在孔半径变化时保持不变，因此在反射率光谱中呈现更宽、几何不敏感的特征（FWHM 6.13 nm，Q_opt ≈ 254）。

最后，图 4d 展示了同芯片器件的光谱可调性：增加 PtC 孔半径会使腔模式蓝移，而 DBR 模式保持不变。这确认了腔模式位置由膜控制，而 DBR 提供稳定的宽带底镜，不受光刻变化影响。

总体而言，实验结果与模拟结果结合验证了该集成平台可作为稳定、可调、高品质因数腔体使用。腔模式的强平面外局域性使其非常适合干涉位移传感，同时膜模式与 DBR 模式的共存为混合光子–光机械架构提供了机会。

V. 悬挂膜器件的机械共振表征及高 Q 性能

在过去几年中，本工作中采用的各向同性 SF₆ 等离子体下刻已成为 Si₃N₄ 膜释放的最有效方法之一，可在标准硅衬底上实现 Q_mech 接近 10⁹–10¹⁰ 的器件。然而，目前尚未明确，将 Si₃N₄ 与多层 DBR 集成——包含数十个界面、不同声阻抗及改变的边界条件——是否会引入机械损耗或降低耗散稀释效应。因此，在将该集成平台用于最先进的光机械工程几何结构之前，验证 Q 的保持至关重要。

图 4 集成 Si₃N₄–DBR 腔的光学表征，通过宽带反射率测量实现。
(a) 微反射测量装置示意图，用于腔体表征，将可调红外激光反射光谱与白光摄像路径结合，用于对准。
(b) 制备芯片布局，显示 16 个 1×1 mm² 悬挂 PtC 膜阵列，孔半径通过光刻变化，以及中央仅含 DBR 的参考区域。
(c) 对准过程中使用的摄像头图像，白光照明下显示悬挂的 Si₃N₄ 膜，红外探针光斑定位于膜中心。
(d) 两种膜设计（孔半径 500 nm 和 510 nm）的测得反射率光谱。腔模式随孔半径移动，而 DBR 相关模式保持固定。
(e) 模拟的垂直约束腔模式电场分布，形成于膜与 DBR 之间的空气间隙。
(f) 模拟的 DBR 相关光子带边模式电场分布，主要局限于图案化膜内。

为了评估这一点，我们在高真空环境下（≈10⁻⁶ mbar）使用激光多普勒振动计（LDV）表征了 DBR 集成薄膜。图 5a 显示了基模膜的平面外速度场，呈现出预期的对称位移分布。宽带扫描（图 5b）识别出基模共振约为 259 kHz，并检测到延伸至 1 MHz 的多个高阶模式。随后隔离基模峰值，在迅速关闭压电驱动后测量其衰减。环衰迹线（图 5c）得到机械品质因数 Q_mech = 3.0 × 10⁵，表明低内在阻尼和强应力稀释。

由于这里使用的膜厚为 200 nm（为保证高光学反射率而选定），其 Q_mech 自然低于超薄（20 nm）Si₃N₄ 膜可达到的值。PtC 反射率需要较厚的薄膜，但多厚度设计可以将这些需求解耦（例如厚膜区配合薄、应力稀释的夹持区）【4,12】。因此，不仅需要测量简单方形膜的 Q_mech，还需验证 DBR 集成不会引入额外损耗。如果在该几何结构中 Q_mech 得以保持，则该平台可支持已知可达到 10⁸–10¹⁰ 的高 Q_mech、声子工程、软夹持或系绳设计全系列。

为评估 DBR 集成对机械性能的影响，我们首先在 DBR 集成芯片上识别出 Q_mech 最高的器件，其孔径为 484 nm。随后，我们制备了未集成 DBR 的名义相同芯片布局，并直接比较相同膜设计（图 4b）。DBR 集成膜的基模频率为 259 kHz，Q_mech = 3.0 × 10⁵，而对应的未集成 DBR 的硅膜频率略高为 290 kHz，Q_mech = 3.8 × 10⁵。频率偏移与薄膜厚度微小变化以及与 DBR 结构相关的热膨胀应力一致。在测量的器件组中，PhC+DBR 器件的平均机械品质因数为 ⟨Q_mech⟩ = 1.3 × 10⁵，PhC 单独器件为 ⟨Q_mech⟩ = 4.6 × 10⁵，表明集成结构在机械相干性上仍保持同一数量级。关键是，在 DBR 集成后未观察到 Q_mech 的灾难性退化。与软夹持模式不同，方形膜的基模与衬底强耦合，因此最大化了芯片级损耗通道，使其成为评估 DBR 堆叠引入额外耗散的严格参考【53】。 

图 5 悬挂 Si₃N₄ 膜在 DBR 平台上的机械表征。
(a) 基模膜的平面外速度分布图，通过激光多普勒振动计测量。
(b) 频域谱，显示基模共振及高阶模式。
(c) 基模的机械环衰测量，黄色曲线为指数拟合，用于提取 Q_mech。

这些测量表明，Si₃N₄/SiO₂ DBR 几乎不会引入额外的机械损耗。SF₆ 释放工艺即使在多层镜面衬底上，也能保持薄膜的耗散特性，验证了其与高应力 Si₃N₄ 的完全兼容性。这确立了该平台作为一种机械上无害的集成方案，不仅能够支持社区中开发的最高 Q 几何结构，同时实现紧凑、高品质因数的光学腔。

VI. 结论与展望

我们提出了一种可扩展、与 CMOS 兼容的制备策略，通过晶圆级光刻工艺将高应力 Si₃N₄ 膜单片集成到宽带分布式布拉格反射镜（DBR）上。该平台消除了腔体光机械学中长期存在的瓶颈，避免了键合、晶圆穿透刻蚀和精密对准。相反，通过无粘附的气相下刻形成垂直自对准腔，膜–DBR 间隙均匀且亚微米级。垂直光机械耦合特别适用于 Si₃N₄，因为其最高 Q_mech 谐振器依赖由超薄膜厚度（≈20 nm）定义的平面外弯曲模式，这种模式可通过沉积轻松实现，但通过横向纳米光刻极难实现【51】。

材料上的核心进展是交替沉积 LPCVD Si₃N₄ 和 SiO₂ 层以形成热稳定 DBR。虽然折射率对比低于 Ta₂O₅/SiO₂ 堆叠，但 LPCVD 工艺产生极低光吸收，并在化学计量高应力 Si₃N₄ 沉积所需的 800–900 °C 高温下保持稳定。通过低光学损耗抵消了较低折射率对比，使腔品质因数可达到与高对比 III–V 系统相当的水平【48】。

光学和机械表征结果显示，集成保持了 Si₃N₄ 平台的核心性能。机械环衰测量显示 Q_mech > 10⁵，与非集成膜相当；反射率光谱显示腔体品质因数超过 800，腔模式清晰，适合精密光学读出。尽管我们的演示使用相对厚的（200 nm）方形膜，而非为记录 Q_mech 优化的几何结构，DBR 工艺相比未集成 DBR 的相同器件几乎未增加机械损耗。

该制备路径广泛兼容腔体光机械学中使用的其他 Si₃N₄ 谐振器，包括反射声子膜【42】、蹦床结构【12】、分层超材料以及高纵横比谐振器【50】，也适用于厚衬底实现，这已知可提高未软夹持模式的 Q_mech【12,53,54】，因为 SF₆ 气相释放可在数秒内将膜悬挂在毫米级衬底上，同时避免通过厚芯片液态刻蚀带来的粘附、弯曲和低良率问题【32】。此前基于局部增厚镜面区、同时将夹持区减薄至几十纳米的策略【4,12】也可自然扩展到该平台。

更广泛地，该平台兼容高应力 Si₃N₄ 支持的超高纵横比几何结构。近期工作显示，可在厘米级尺度制备具有纳米厚度、亿级孔数的 PtC 反射器，并保持极高平整度【50】；在这些尺度下，更大光束直径即使在较薄膜条件下仍可维持高反射率【55】。尽管本文演示的是平–平腔，具有径向变化孔几何的 PtC 结构也可产生有效曲率【56,57】，为未来横向模式设计、降低横向错位敏感性和减小截断损耗提供了可能。

综上所述，该单片平台将原本精细、受对准限制的腔体光机械架构转变为稳健且可制造的系统。通过在保持高应力 Si₃N₄ 强光学与机械性能的同时，用简单自对准工艺取代复杂组装，为可扩展精密传感、集成光子学以及下一代量子技术提供了实用途径。

VII. 方法

DBR 多层通过交替沉积低压化学气相沉积（LPCVD）的 SiO₂ 和低应力氮化硅层制备。氧化物薄膜在水平热壁 LPCVD 炉中沉积，温度为 700 °C，压力为 150 mTorr，以四乙氧基硅（TEOS）蒸气作为前驱体。低应力氮化硅层在类似炉中沉积，通入 NH₃ 与二氯硅烷（DCS）混合气体，固定 NH₃/DCS 流量比为 0.19，对应富硅条件。氮化物沉积在 860 °C、150 mTorr 下进行。

与等离子增强化学气相沉积（PECVD）相比，LPCVD 更适合沉积氮化物，因为前者几乎不引入氢。低氢含量赋予薄膜优异的热稳定性，可防止后续沉积过程中应力显著变化、开裂或分层。

完成 DBR 堆叠后，在 LPCVD 反应器中以 SiH₄ 气体在 560 °C 下沉积 1 µm 厚的非晶硅层。随后，在用于 DBR 氮化物层的同一炉中沉积顶部高应力氮化硅层，但 NH₃/DCS 流量比显著提高，以达到化学计量条件。此时沉积温度和压力分别设为 700 °C 和 150 mTorr。

文章名：High-Stress Si3N4 Reflective Membranes Monolithically Integrated with Cavity Bragg Mirrors

作者：Megha Khokhar,1, 2 Lucas Norder,1 Paolo M. Sberna,3 and Richard A. Norte1, 

单位：1.Department of Precision and Microsystems Engineering, Delft University of Technology, Delft 2628 CD, The Netherlands 

2.Kavli Institute of Nanoscience, Department of Quantum Nanoscience, Delft University of Technology, Delft 2628 CD, The Netherlands 

3.Else Kooi Laboratory, Faculty of Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science, Delft University of Technology, Delft 2628 CD, The Netherlands