磷硅酸盐波导材料的溶胶—凝胶法制备

论文摘要

溶胶-凝胶（Sol-gel）技术具有制备过程可在常温常压下进行,所制薄膜纯度高、分布均匀,成本低,所需设备简单,而且能够制备有机/无机混合材料,使材料功能多样化等优点;Sol-gel 技术对材料具有可裁剪性,容易引入掺杂激活粒子（如钕、铒、铈、锗和锡等）使所制备材料具有光放大及UV 光敏性能。Sol-gel 法的上述优势,使其成为极具潜力的光学材料制备技术。磷硅酸盐玻璃不仅是铒（Er）掺杂的良好基质,而且磷硅酸盐也使退火温度大大降低,从而提高了Sol-gel 法制备波导薄膜的效率。同时,磷硅酸盐玻璃能够获得高浓度Er 离子和低程度的Er 团聚。从而成为适于制备掺Er 平面波导放大器（EDWA）的基材。本论文详细介绍了Sol-gel 技术的基本过程和原理。以制备纯SiO2薄膜为例,描述了Sol-gel 技术的具体工艺过程和相应的实验条件,并且对薄膜的特性进行了分析和表征。在研究制备纯的SiO2 薄膜的基础上,制备了掺Er 磷硅酸盐薄膜样品,并对其制备过程的规律和机制进行了探索。经多次旋涂快速退火（SC-RTA）得到所制备薄膜厚度d = 0.5～3μm,折射率n=1.44～1.52（测试波长为1548nm）,消光指数k≈0。通过调整使用原料的配比、控制实验条件以及进行SC-RTA 能够实现可变的薄膜厚度。介质波导理论计算表明,当磷硅酸盐薄膜厚度d = 2.891μm时,在1.55μm波段可得到单模波导。该工作为进一步实现制备EDWA 打下了基础。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 硅基波导薄膜制备技术
• 1.2 课题的提出和本论文的内容
• 参考文献
• 2薄膜的原理和过程'>第二章 Sol-gel 法制备纯 SiO₂薄膜的原理和过程
• 2.1 样品制备的实验原理
• 2薄膜材料Sol-Gel 法制备过程'>2.2 Si 基纯SiO₂薄膜材料Sol-Gel 法制备过程
• 2薄膜材料的影响'>2.3 不同实验条件对Sol-Gel 法制备SiO₂薄膜材料的影响
• 2.3.1 Si 片基底的处理
• 2.3.2. 水和TEOS 的摩尔比
• 2.3.3 PH 值对胶体的影响
• 2.3.4 醇类稳定剂的影响
• 2.3.5 甩胶过程
• 2.3.6 干燥条件
• 2.3.7 热处理过程
• 2薄膜材料特性分析'>2.4 SiO₂薄膜材料特性分析
• 2薄膜的组分'>2.4.1 用XPS 图测量SiO₂薄膜的组分
• 2薄膜结构形态'>2.4.2 XRD 图测量SiO₂薄膜结构形态
• 2.4.3 厚度测量
• 本章小结
• 参考文献
• 第三章 Sol-gel 法磷硅酸盐薄膜材料的制备
• 3.1 实验准备
• 3.2 磷硅酸盐胶体制备过程
• 3.3 磷硅酸盐薄膜制备过程
• 3.4 磷硅酸盐薄膜材料样品的表征
• 3.5 波导模式理论计算
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 结论与展望
• 4.1 实验工作总结
• 4.2 展望
• 中文摘要
• 英文摘要
• 致谢
• 导师及作者简介
• 在国内外发表的文章
• 参加的科研项目