铌酸锂的反应离子刻蚀

本文介绍了铌酸锂晶体在四氟化碳气氛中的反应离子刻蚀。对刻蚀参数的选择原则从机理上加以探讨,并对掩膜的选择进行了试验,最后得到线宽为3.5mm的铌酸锂光栅和槽深为1.1mm的铌酸锂沟道的刻蚀样品。     

掺镁铌酸锂晶体的ICP刻蚀性能

掺镁铌酸锂晶体(Mg:LiNbO3)是一种相对难刻蚀的晶体,Mg:LiNbO3的干法刻蚀速率和刻蚀形貌控制是铌酸锂光电子器件加工中的关键技术之一。采用牛津仪器公司的Plasmalab System 100以SF6/Ar为刻蚀气体,具体研究Mg:LiNbO3的刻蚀速率随着感应耦合等离子体(ICP)功率、反应离子刻蚀(RIE)功率、气室压强和气体流量配比等刻蚀参数的变化,同时研究发现SF6/(Ar+SF6)气体流量配比还会影响刻蚀表面的粗糙度。实验结果表明:在ICP功率为1000W,RIE功率为150W,标准状态(0℃,1个标准大气压)下气体总流量为52mL/min,压强为0.532Pa,SF6/(Ar+SF6)气体体积分数为0.077的条件下,刻蚀速率可达到152nm/min,刻蚀表面粗糙度为1.37nm,可获得刻蚀深度为2.5μm,侧壁角度为74.8°的表面平整脊形Mg:LiNbO3结构。     

铌酸锂量子器件研究进展

量子信息科技的进步, 在很大程度上依赖于传统材料的成熟与发展。近年来, 铌酸锂成为量子器件的重要基础材料, 在量子科技领域具有巨大的应用潜力。梳理了基于铌酸锂材料制备的量子光源、量子中继器件、单光子探测器件等各类铌酸锂量子器件的技术进展, 总结了它们的优缺点并展望了其未来主要的发展趋势, 对基于铌酸锂材料制备的量子器件在量子信息科技的实用化具有很好的指导作用。     

集成铌酸锂光子器件技术的研究进展

铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光通信和微波光子学带来革命性的变革。该文重点综述了LNOI的制备技术、LNOI电光调制器、LNOI声光调制器和LNOI电光频率梳的最新研究进展,简要讨论了铌酸锂光子器件在制作工艺和系统实现中面临的挑战。     

铌酸锂薄膜微腔激光器研究进展（特邀）

绝缘体上铌酸锂薄膜凭借铌酸锂晶体优异的光学性能和薄膜器件的易加工和可集成特性,被视为理想的集成光学平台。除了波导、调制器等传输、控制器件方面的研究之外,最近铌酸锂薄膜激光器的研究也取得了显著的进展。文中将对最近迅速发展的铌酸锂薄膜微腔激光器的研究现状进行综述。首先,介绍铌酸锂晶体和铌酸锂薄膜稀土离子掺杂的主要技术方案,以及近期有关于稀土离子掺杂铌酸锂薄膜微纳光学器件制备方面的探索;其次,总结近年来掺铒铌酸锂薄膜微盘腔、微环腔激光器方面的研究进展;然后,阐述微腔激光器体系几种常见的实现单模激光器方法的工作机理,介绍研究者们利用“游标效应”调制模式损耗等方式实现掺铒铌酸锂薄膜单模激光器的研究进展;最后,基于目前报导的铌酸锂薄膜激光器研究成果,对目前研究存在的局限性以及未来的研究方向进行了探讨。     

铌酸锂声电光调制器最优化工作模式研究

为进一步提高铌酸锂声电光调制器的性能,在确定器件的电光工作模式后,利用相切条件办法对相应的声光工作模式进行了系统的研究。通过以离轴角为自变量分别对x-O-z平面和y-O-z平面内不同超声波情况下的声光优值进行定量计算,确定了铌酸锂声电光器件的最佳工作模式,并给出了该工作模式下中心频率在50MHz~300MHz之间铌酸锂声电光器件的设计参数。计算结果表明,利用最优化工作模式可以获得较大的声光优值,从而有效提高器件的衍射效率。     

超声跟踪反常铌酸锂声光器件的设计

介绍将超声跟踪反常器件的新设计思想应用于铌酸锂声光器件的设计之中.利用最小二乘法方法来减化优化过程.设计结果表明,在Bragg损耗不均匀度确定为1.5dB的情况下,此类器件声光相互作用长度可达到传统设计器件的3～4倍,这不但使其衍射效率有大幅度的提高,而且也改善了其它性能.     

铌酸锂微纳米结构的制备与分析

为实现铌酸锂光学器件的高效集成,在其表面制备亚波长结构是实现其光学特性的最佳方式。然而,目前使用的聚焦离子束刻蚀、激光刻蚀、湿法刻蚀等方法很难简单、经济、较快地制备铌酸锂亚波长结构。鉴于此,本课题组基于有限元仿真及低能离子束刻蚀技术,研究了不同离子束参数下刻蚀的铌酸锂亚波长结构及其透射率。采用Lambda950分光光度计和原子力显微镜分别对刻蚀后的铌酸锂样品的透射率、均方根粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。结果表明：当离子束入射角度为70°、入射能量大于600 eV、束流大于40 mA、刻蚀时间大于60 min时,铌酸锂样品表面形成了大面积的锥形纳米结构,并且纳米结构的高度随着离子束刻蚀参数的增大而增大;在可见光波段,铌酸锂表面纳米结构越高,增透效果就越明显;当入射能量为1000 eV、离子束束流为40 mA、入射角度为70°、刻蚀时间为120 min时,铌酸锂表面刻蚀出了纵向高度为143.5 nm的锥形结构,此时在可见光范围内铌酸锂样片的峰值透射率为83.5%,相较于原片的透射率提高了约12.5个百分点。     

离子注入铌酸锂平面波导双折射特性的研究

为了获得折射率信息,采用UT00-FPD型椭偏仪对5mm×10mm×1mm铌酸锂晶体及注入镓的铌酸锂晶体波导的双折射特性进行了测量.首先对铌酸锂晶体测量结果进行建模及数据处理,得到晶体在190nm～1700nm之间的双折射特性;在此模型的基础上,进一步对注入镓的铌酸锂晶体波导进行了建模和数据处理,得到了波导层的双折射率的分布.所得表征结果为铌酸锂晶体波导在光子器件中的应用提供了有用的信息.     

低驱动电压的铌酸锂电光开关研究

为了降低电光开关的驱动电压,采用将铌酸锂晶体置于法布里-珀罗腔内的方法进行了实验研究,得到了电光开关透过特性随驱动电压的变化关系.结果表明,与采用正交偏振片的电光开关相比,法布里-珀罗电光开关的驱动电压大幅降低,由约2.1kV下降到约580V,产生光脉冲的上升沿明显缩短,由284μs减少至128μs.理论计算了法布里-珀罗电光开关透过特性随驱动电压的变化关系,计算结果与实验结果符合得较好.     

氮化镓干法刻蚀研究进展

对比了RIE,ECR,ICP等几种GaN干法刻蚀方法的特点.回顾了GaN干法刻蚀领域的研究进展.以ICP刻蚀GaN和AlGaN材料为例,通过工艺参数的优化,得到了高刻蚀速率和理想的选择比及形貌.在优化后的刻蚀工艺条件下GaN材料刻蚀速率达到340nm/min,侧墙倾斜度大于80°且刻蚀表面均方根粗糙度小于3nm.对引起干法刻蚀损伤的因素进行了讨论,并介绍了几种减小刻蚀损伤的方法.     

二氧化硅干法蚀刻参数的优化研究

阐述了二氧化硅干法蚀刻的原理和主要的蚀刻参数.应用正交实验,进行了蚀刻速率、均匀性、选择比等主要蚀刻参数的优化,得出主要工艺参数的设置方法和理想条件漂移时的调整方法以及优化选择比的蚀刻方案.     

碲镉汞干法刻蚀速率的微负载效应研究

报道了碲镉汞干法刻蚀技术的刻蚀速率的一些研究结果。在同样的刻蚀条件下,当刻蚀区域的图形面积过小,刻蚀剂不易进入刻蚀区域,生成物也不易快速转移出去,使刻蚀速率变慢,这种效应可以等效于刻蚀的微负载效应。而当刻蚀区域的面积过大,刻蚀剂很快被消耗,也会使刻蚀速率变慢,这种效应称为负载效应。采用在同一碲镉汞芯片上制作不同刻蚀面积区域进行刻蚀,比较不同刻蚀面积对刻蚀速率的影响。     

缓冲质子源LiNbO3波导折射率计算及实验

为实现铌酸锂退火质子交换(APE)波导折射率分布的准确计算,选择含苯甲酸锂的苯甲酸缓冲液作为质子交换质子源,高温退火制作了波导样本.针对该工艺过程建立退火质子交换波导模型,包括非线性扩散模块和光学数值仿真模块,分别计算APE波导折射率及其模式有效折射率.以测得的样本波导模式有效折射率和计算的有效折射率差的均方根构建评价函数(FOM),结合遗传算法提取该工艺条件下质子扩散参数,实现了不同交换深度和退火时间波导折射率分布及其光学特性的一体化计算.实验表明:FOM小于0.001,计算折射率分布同IWKB方法测得结果吻合较好,最大偏差约0.002.     

石英玻璃刻蚀浅锥孔阵列的工艺研究

介绍了石英玻璃刻蚀浅锥孔的制备方法。通过紫外接触式光刻系统在石英玻璃上形成光刻胶浅锥孔阵列图案,用电感耦合反应离子刻蚀机(ICP-RIE)进行刻蚀。研究了光刻参数和蚀刻参数(气体流量、气体成分、腔压、ICP功率和偏置功率)对石英玻璃的刻蚀性能、表面轮廓、蚀刻速率和侧壁倾角的影响。结果表明:刻蚀气体种类对石英浅锥孔阵列刻蚀效果有显著影响,CF₄和Ar的组合气体所刻蚀的石英锥孔阵列的效果最佳,随着CF₄气体流量比的增加,石英刻蚀倾角先降低后又小幅增加,当刻蚀气体(CF₄∶Ar)流量比在5∶3时,石英刻蚀速率为0.154μm/min,光刻胶刻蚀速率为0.12μm/min,得到的石英浅锥孔倾角最倾斜。在其他刻蚀参数一定的情况下,ICP功率由600W升高至800W,石英刻蚀速率大幅降低,聚合物的沉积成为刻蚀工艺的主导;刻蚀石英的粗糙度R_q随着ICP功率的降低明显增加;RF功率升高时刻蚀石英的速率增加,R_q值增加后又降低,当RF功率升高至200W时,光刻胶发生碳化现象。可为石英玻璃微器件的制备提供工艺参考。     

反应离子束刻蚀应用于光刻胶灰化技术研究

以AZl500光刻胶为例，将氧气作为工作气体的反应离子束刻蚀工艺用于光刻胶图形的灰化处理，以去除经紫外曝光-显影后光栅中的残余光刻胶。研究结果表明灰化速率有随束流密度呈线性增加的趋势。经过反应离子束刻蚀后，光栅槽底残余光刻胶被去除干净，同时线条的宽度变细，在一定程度上达到修正光刻胶光栅线条占空比的目的。用原子力显微镜检测，无光刻胶的K9基片表面在灰化工艺前后其粗糙度无明显变化。该工艺具有良好的可控性，解决了在厚基片上制作大口径衍射光学元件时残余光刻胶的去除问题。     

Ar/CHF3反应离子束刻蚀SiO2的研究

介绍了Ar/CHF3反应离子束刻蚀和离子束入射角对图形侧壁陡直度及刻蚀选择比的影响.使用紫外曝光技术在SiO2基片上获得光刻胶掩模图形,采用Ar+CHF3来刻蚀石英基片,调节二者的流量配比,混合后通入离子源.在Ar和CHF3的流量比为12,总压强为2×10-2 Pa,离子束流能量为450 eV,束流为80 mA,加速电压220 V～240 V,离子束入射角15°并旋转样品台的情况下,刻蚀20 min后,得到光栅剖面倾角陡直度为80°～90°.同时发现,添加CHF3后,提高了SiO2的刻蚀速率和刻蚀SiO2与光刻胶的选择比,最高可达71.     

Ar/CHF_3反应离子束刻蚀SiO_2的研究

介绍了Ar/CHF3反应离子束刻蚀和离子束入射角对图形侧壁陡直度及刻蚀选择比的影响。使用紫外曝光技术在SiO2基片上获得光刻胶掩模图形,采用Ar CHF3来刻蚀石英基片,调节二者的流量配比,混合后通入离子源。在Ar和CHF3的流量比为1∶2,总压强为2×10-2Pa,离子束流能量为450 eV,束流为80 mA,加速电压220 V~240 V,离子束入射角15°并旋转样品台的情况下,刻蚀20 min后,得到光栅剖面倾角陡直度为80°~90°。同时发现,添加CHF3后,提高了SiO2的刻蚀速率和刻蚀SiO2与光刻胶的选择比,最高可达7∶1。