超高速光导开关及其测试系统关键问题的研究

论文题目: 超高速光导开关及其测试系统关键问题的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 测试计量技术及仪器

作者: 匡登峰

导师: 胡小唐,刘庆纲

关键词: 光导开关,超薄钛膜,阳极氧化,电光采样

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 利用扫描探针显微镜针尖诱导氧化加工纳米级Ti膜,形成的氧化物TiOx和Ti膜,构成金属-绝缘体-金属结构,从而可以实现加工各种纳米器件,如单电子晶体管、高电子迁移率晶体管、光导开关和单电子存储器。超高速光导开关在超高速器件测试和光通信等领域有广泛的应用。本文围绕超高速光导开关的设计和理论计算、衬底材料制备和表征与器件的特性测试等关键问题,主要完成了以下五个方面的工作: 1.开展了纳米电子、光电器件衬底材料的选择工作,经分析比较,采用氧离子注入的SOS材料作为超高速光导开关的衬底,利用AFM阳极氧化加工方法在超薄钛膜上加工的氧化钛线作为超高速光导开关的功能结构,同时选择共面带状线结构作为光导开关的传输线,从而设计了新型的光导开关的整体结构; 通过理论分析计算,解出了设计的新型光导开关的输出特性的近似数值解。2.开展了纳米薄膜的制备及检测方法的研究,利用对向靶直流磁控溅射方法制备纳米钛膜,利用台式探针轮廓仪测量了钛膜的精确厚度,AFM测量了钛膜的表面平整度,STM测量了钛膜的I-V曲线,表明制备的钛膜具有很高的表面平整度和良好的导电性; 利用XPS测量了钛膜的物质组成,证明XPS测量的钛膜的厚度和通过台式探针轮廓仪的测量结果外推出来的钛膜厚度非常一致。3.进行了纳米钛膜氧化加工的实验研究,在现有理论的基础上推导了符合实验结果的理论模型,得到加工较好的氧化钛线的最合适条件为:偏压8V、扫描速度0.1μm/s和相对湿度30%～50%; 在上述确定的条件下,从左到右每隔1μm加工了6条5μm长的纳米氧化钛线,此条件下加工的纳米氧化钛线的高度和宽度的一致性以及直线度都比较好。4.开展了新型光导开关的结构设计和加工的研究,设计并制作了形成光导开关传输线和电极结构的三块光刻版; 结合光刻工艺、磁控溅射技术和AFM阳极氧化方法加工了超高速光导开关的传输线、电极、功能间隙的钛膜和氧化钛线,测量了超高速光导开关的暗电流-电压特性。5.开展了新型光导开关器件性能测试方法的研究,设计了一套基于飞秒激光的超高速电光采样系统,分析了此系统的时间和空间分辨力,计算了其最小可探测电压、信噪比和动态范围,实现了对光学延迟线的步进电机的运动控制和从锁相放大器的数据采集; 设计了超高速光导开关的自相关测量系统。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章绪论

1.1 纳米技术和超高速器件

1.2 光导开关的研究进展

1.3 AFM 针尖诱导阳极氧化加工

1.4 超高速采样技术

1.5 本文的主要研究工作

第二章超高速光导开关的设计和理论计算

2.1 超高速光导开关的衬底材料选择

2.2 超高速光导开关的结构设计

2.3 超高速光导开关输出特性的理论计算

2.4 本章小结

第三章纳米钛膜的加工和表征

3.1 超薄钛膜的制备

3.2 超薄钛膜的表征

3.3 钛膜的表面氧化层和物质组成

3.4 本章小结

第四章用于特定图形规定尺寸的纳米氧化钛线的加工

4.1 AFM 针尖诱导阳极氧化加工的机理和理论模型

4.2 偏压和扫描速度对加工结果的决定作用

4.3 大气湿度影响的探针-样品之间的水桥的形成及对阳极氧化加工的影响..

4.4 氧化钛线的直线度分析和AFM 针尖对加工结果的影响

4.5 氧化钛线物质成分的确定

4.6 本章小结

第五章超高速光导开关的原型器件及其基本特性

5.1 超高速光导开关的制作

5.2 超高速光导开关的基本特性测试

5.3 本章小结

第六章超高速电光采样系统的设计和实现

6.1 超高速电光采样系统的整体设计

6.2 电光采样结构形式的选择

6.3 电光晶体探头的设计和理论计算

6.4 延迟线的设计

6.5 电光晶体中电场和光采样脉冲之间的相互作用

6.6 系统的实际时间和空间分辨力

6.7 最小可探测电压、信噪比和动态范围

6.8 探测电路、运动控制和数据采集与处理

6.9 超高速光导开关的相关测量

6.10 本章小结

第七章结论和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

发布时间: 2006-05-24

参考文献

[1].面向硅基共面波导可调滤波器的RF MEMS开关关键技术研究[D]. 魏浩.北京邮电大学2017
[2].弱光触发下GaAs光电导开关的工作机理研究[D]. 李孟霞.西安理工大学2016

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