电光移相器阵列用铁电薄膜研究

论文摘要

利用光学相控阵实现电扫描技术在军用雷达方面具有重要的应用前景，其基本构成单元是电光移相器。采用具有电光效应、响应速度快、热稳定性高、耐强激光的高性能铁电薄膜锆钛酸铅镧（PLZT）和钛酸锶钡（BST）制作电光移相器是实现电扫描技术的重要途径。本文选择ITO透明导电薄膜作为铁电薄膜PLZT和BST的电极，用溅射法在石英玻璃上制备了ITO薄膜，用化学湿法刻蚀对ITO薄膜微图形化，并初步探索了PLZT薄膜和BST薄膜的电光性能。ITO电极图形化方法：刻蚀液为（?）（HCl：HNO3：H2O）=50：3：50的混合溶液，刻蚀温度为35℃，刻蚀速率约为30nm／min。对溅射法加高温退火处理制备的铁电薄膜PLZT和BST的选择性优于17：1。研究了高光学和电光性能的PLZT（8／65／35）薄膜的制备工艺。沉积在ITO／quartz上的PLZT薄膜，经700℃、Pb氛围、20min退火处理后，在可见光范围内，平均透过率为81．3％，对应的吸收边带位于350nm处；折射率n=2．21（λ=632．8nm）；消光系数k<0．040；吸收系数α=0．031×105cm-1，对应的禁带宽度Eg=3．41eV。PLZT薄膜具有高阶电光效应，线性电光系数r=3．5×10-9m／V，二次电光系数R=2．9×10-16m2／V2，三次电光系数为8．9×10-24m3／V3，四次电光系数为1．4×10-31m4／V4。沉积在ITO／quartz上的BST（60／40）薄膜，经700℃、20min退火处理后，在可见光范围内，平均透过率为83．0％，对应的吸收边带位于320nm处；折射率n=2．44（λ=632．8nm）；消光系数k<0．013；吸收系数α=0．038×105cm-1，对应的禁带宽度Eg=3．68eV；BST薄膜表现出高阶电光效应，线性电光系数r=2．5×10-9m／V，二次电光系数R=2．3×10-16m2／V2，三次电光系数为9．4×10-24m3／V3，四次电光系数为1．3×10-31m4／V4。通过对PLZT和BST薄膜电光性能的研究，得出采用溅射法加高温热处理在ITO／quartz上制备的PLZT和BST薄膜都具有优良的光学和电光性能，且PLZT薄膜表现出更强的电光记忆效应，适合制作高质量的电光器件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 铁电电光薄膜的研究进展
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 薄膜制备及测试原理
• 2.1 薄膜的制备工艺
• 2.2 磁控溅射镀膜原理
• 2.2.1 溅射镀膜原理
• 2.2.2 磁控溅射
• 2.3 薄膜的微结构分析
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 SEM分析
• 2.3.3 AFM分析
• 2.4 薄膜的电学性能分析
• 2.5 薄膜的光学性能表征
• 2.6 电光性能测试
• 2.6.1 电光效应
• 2.6.2 铁电薄膜电光性能测试
• 第三章 透明电极图形化研究
• 3.1 电极材料的选择
• 3.2 透明电极的制备
• 3.3 高温退火对ITO薄膜性能影响
• 3.4 ITO薄膜的湿法刻蚀
• 3.4.1 ITO光刻工艺过程
• 3.4.2 ITO薄膜湿法刻蚀
• 第四章 铁电薄膜电光性能研究
• 4.1 PLZT薄膜电光性能研究
• 4.1.1 PLZT薄膜制备
• 4.1.2 PLZT薄膜微结构分析
• 4.1.3 PLZT薄膜电学性能测试
• 4.1.4 PLZT薄膜光学性能分析
• 4.1.5 PLZT薄膜电光系数测试
• 4.2 BST薄膜电光性能研究
• 4.2.1 BST薄膜制备
• 4.2.2 BST薄膜电学性能测试
• 4.2.3 BST薄膜光学性能分析
• 4.2.4 BST薄膜电光系数测试
• 4.3 PLZT与BST性能比较
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果