Fabry-Perot薄膜滤波器薄膜光学特性的研究

论文摘要

光通信的飞速发展促进了可调谐光学滤波器的应用，特别是对于基于F-P结构的热光可调谐薄膜滤波器，其结构简单灵活、便于集成、并且具有较低的插入损耗和较快的调谐速度等优点，成为了研究的热点。本文对基于F-P结构的热光可调谐薄膜滤波器的核心材料——PECVD法制备的非晶硅薄膜的光学性质进行研究，内容如下：首先分析了热光可调滤波器的结构和材料选择的依据，当腔层材料的折射率较高时，滤波器拥有较小的峰值半宽度与较大的色分辨本领，并且根据薄膜光学多层介质理论，当交替多层膜系的折射率差值较大时，采用较少的层数便可以得到较高的反射率，这样可以大大降低器件的制作难度和制作成本，同时通过仿真得知在折射率差值较大时滤波器还拥有较小的峰值半宽度，由此明确了折射率对于器件的重要影响和研究意义，然后对PECVD沉积薄膜的原理及实验设备，以及测试设备和方法进行了介绍，为后面章节对非晶硅薄膜的研究提供了理论依据，并针对研究需要设计了本文的具体实验步骤。实验部分首先通过改变实验室制备非晶硅薄膜的各种工艺参数，从沉积压强、射频功率、衬底温度、气体温度和沉积时间等5个方面对制备的非晶硅薄膜的折射率，消光系数和表面形貌进行了分析，并且通过对薄膜结构的微观分析对上述工艺参数的影响进行了验证。然后分析滤波器实际制备过程中可能的其他工艺变化（如不同衬底材料，不同掺杂程度以及不同温度、时间和气氛下的退火处理）对于非晶硅薄膜的结构和相关光学性质的影响，通过以上的研究发现：（1）氮化硅是作为器件衬底的较好选择。（2）氮元素杂质会对器件带来不利的影响，降低薄膜的折射率，所以制备过程中要特别注意避免杂质的引入。（3）退火处理会对薄膜带来有益的影响，通过退火热处理可以提高折射率和改善表面形貌，并且相对于退火温度而言，退火时间对薄膜的影响较小。通过本文的研究，为以后器件的实际制作打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基于 F-P 结构的热光可调谐薄膜滤波器
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 基本原理
• 1.1.3 研究进展
• 1.2 本文研究内容
• 第二章 非晶硅薄膜研究的基础理论
• 2.1 非晶硅薄膜工艺的研究意义
• 2.1.1 热光可调滤波器制作材料的选取
• 2.1.2 非晶硅薄膜的结构与性质
• 2.1.3 非晶硅薄膜的研究概况与意义
• 2.2 薄膜沉积系统
• 2.2.1 非晶硅薄膜制备方法
• 2.2.2 PECVD 法薄膜沉积原理
• 2.2.3 PECVD 实验设备
• 2.2.4 薄膜的反应沉积机理
• 2.3 实验设计
• 2.3.1 衬底选取与预处理
• 2.3.2 具体实验步骤
• 2.3.3 实验工艺参数的选取
• 2.4 实验测试设备
• 2.4.1 椭圆偏振光谱仪
• 2.4.2 金相显微镜
• 2.4.3 傅里叶红外光谱仪
• 第三章 制备工艺参数对非晶硅薄膜性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 主要实验参数对沉积薄膜性能的影响
• 3.2.1 射频功率的影响
• 3.2.2 衬底温度的影响
• 3.2.3 沉积压强的影响
• 3.2.4 气体温度的影响
• 3.2.5 沉积时间的影响
• 3.3 薄膜结构与折射率的关系
• 第四章 不同衬底对薄膜性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 不同衬底的性能
• 4.3 衬底对非晶硅薄膜性能的影响
• 第五章 掺杂对非晶硅薄膜性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 掺杂薄膜的光学模型选择
• 5.3 掺杂后薄膜的性能改变
• 第六章 退火热处理对非晶硅薄膜性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 退火热处理的设备
• 6.3 退火热处理对薄膜性能的影响
• 第七章 总结
• 7.1 本文完成的工作
• 7.2 本文展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果