硅衬底晶体结构对LiNbO3薄膜生长的影响

论文摘要

现代科学的热门领域是光电集成和光子学集成,其中光电集成是将光-电两种信号的处理功能集成在一块芯片上,光子学集成研究的重要内容是集成光的发射、调制、接收和处理功能的光学器件,从而实现全光通讯。由于不再需要将信号在光电两种形式之间进行频繁的转换,因而具有更高的效率以及可靠性。铌酸锂（LiNbO3）薄膜材料具有进行光电集成与光子学集成的潜在优势,它具有优良的电光、非线性光学、声光、光弹、光折变、热释电、铁电等物理特性,而且实施不同掺杂后能呈现各种各样的特殊性能,使之在声表面波滤波器、光波导、电光调制器、限制器、倍频转换、全息存储等方面有着广泛的应用,因而自上世纪九十年代以来一直是研究的热点。在论文工作中进行了以下几个方面的研究:（1）采用Li2CO3和Nb2O5为原料烧制了LiNbO3陶瓷靶,研究了成型压强、烧结温度、时间对LiNbO3陶瓷靶抗热震能力的影响。结果发现:当靶的锂铌比为1.4、成型压强在30MPa时,最佳烧结条件应为1100℃两小时,烧结后应采取缓慢降温以消除热应力。当成型压强及锂铌比增大时,烧结温度应降低,防止晶粒尺寸过大,气孔率减小而降低靶的强度。（2）在Si（100）和Si（111）衬底上用射频溅射方法制备了LiNbO3薄膜,研究了氧氩流量比、衬底温度、溅射气压、退火气氛和温度对LiNbO3薄膜微结构的影响。结果发现:氧氩流量比增大,可防止LiNb3O8和NbO2相的产生,氧氩比为6:5以上时,可制备单相LiNbO3薄膜。Si（111）衬底温度为500℃-550℃时,LiNbO3薄膜生长方向为<012>和<104>,衬底温度为600℃时,可制备部分C轴取向的LiNbO3多晶膜。溅射气压增大时,退火后LiNbO3薄膜的晶粒变小,结晶情况变差。LiNbO3薄膜最佳的退火温度为700℃-900℃,在高真空和氮气保护环境下退火效果相同,空气中退火薄膜锂元素的损失尤为严重,而且薄膜表面失去透明。（3）研究了最佳制备条件下LiNbO3薄膜的折射率以及光致发光性能。结果发现:部分C轴取向的LiNbO3多晶薄膜,退火前的折射率n=2.00,薄膜厚度d=113nm,退火后样品的折射率n=2.25,薄膜厚度d=100nm。LiNbO3体材料e光和o光的折射率为2.206-2.289,退火后LiNbO3薄膜光折射率与体材料基本一致,薄膜更加致密。实验过程中在SiO2/Si薄膜中间夹入符合化学计量比LiNbO3层后,薄膜的光致发光显著增强,而且经过600℃温度退火后比400℃退火发光增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铌酸锂晶体的结构与性质
• 3 薄膜的研究现状'>1.3 LiNbO₃薄膜的研究现状
• 3多层膜及SiO₂/Si 薄膜光致发光性质的研究现状'>1.4 LiNbO₃多层膜及SiO₂/Si 薄膜光致发光性质的研究现状
• 1.5 本课题的意义
• 第二章 实验技术及分析方法
• 2.1 射频磁控溅射
• 2.2 本课题的实验路线
• 3 靶材与薄膜的表征与性能测量'>2.3 LiNbO₃靶材与薄膜的表征与性能测量
• 3陶瓷靶的制备'>第三章 LiNbO₃陶瓷靶的制备
• 3.1 引言
• 3.2 理论分析
• 3.3 陶瓷靶的制备
• 3.4 各种因素对陶瓷靶晶粒尺寸及气孔率的影响
• 3.5 本章小结
• 3/SI 薄膜的制备与分析'>第四章 LiNbO₃/SI 薄膜的制备与分析
• 4.1 引言
• 3 薄膜的制备'>4.2 LiNbO₃薄膜的制备
• 4.3 实验结果分析
• 3 薄膜生长机理分析'>4.4 LiNbO₃薄膜生长机理分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 铌酸锂薄膜的光学性质
• 5.1 引言
• 3 薄膜的折射率'>5.2 LiNbO₃薄膜的折射率
• 3 多层膜的光致发光性质'>5.3 LiNbO₃多层膜的光致发光性质
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢