[發明專利]用于光學性能精細調控的相變薄膜結構

有效

• 申請號: 201710257962.9
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN106953008B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 孟云;王陽;溫帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;B82Y30/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種用于光學性能精細調控的相變薄膜結構，上下兩層為二氧化硅層，中間為相變層，所述的相變層的材料為碳化鈦或碳化硅摻雜的銻?碲材料，相變層材料結構通式為MC?(Sb₂Te₃)x，其中，M為鈦或硅，x的取值范圍為0.5＜X＜1。本發明相變薄膜結構經過激光輻照處理后，在50?250℃溫度區間內，其電阻率(或反射率)隨溫度變化沒有顯著的突變點，可用于光學精細調控。該相變薄膜結構可廣泛應用于納米尺度光電開關、超快光轉換、超分辨光存儲等多個領域。

技術領域

本發明屬于光學調控領域中的薄膜結構，特別是一種用于光學性能精細調控的相變薄膜結構。

背景技術

根據需要設計和控制材料的性質是人類長久以來一直追尋的目標，雖然科研工作者付出了不懈努力，然而至今仍然有許多問題需要解決。對于光學功能材料，對光學系數的調制顯得格外重要。在光器件中材料的復折射率是決定材料光學性質十分重要的參量之一。

將相變材料應用于超分子水平的開關是很有前景的，它能夠實現在納米尺度上光學開關特性。相變材料光學性質的二階或者多階轉變通常源于激光誘導材料的部分晶化。由于超短激光脈沖能夠很大程度上抑制熱擴散，因此很適合精確控制相變材料的晶化行為。最近的研究表明，通過飛秒脈沖重復照射相變薄膜的同一區域，能夠實現材料反射率的連續轉變。多脈沖激光誘導相變材料部分晶化有助于實現在存儲、顯示與成像以及智能計算領域的多值編碼。

Sb₂Te₃由于其成核結晶機制，具有相變速度快的優點。但穩定性能差、反射率對比度小等特點制約其在光學調控領域中的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種用于光學性能精細調控的相變薄膜結構，該相變薄膜結構具有相變速度快、熱穩定性高的特點。經過激光輻照處理后，隨溫度變化的電阻率(或反射率)沒有顯著的突變點，可用于光學精細調控。該相變薄膜結構可廣泛應用于納米尺度光電開關、超快光轉換、超分辨光存儲等多個領域。

本發明采用如下技術方案：

一種用于光學性能精細調控的相變薄膜結構，其特點在于是一種“三明治”結構的薄膜，上下兩層為二氧化硅層，中間為相變層，所述的相變層的材料為碳化鈦或碳化硅摻雜的銻-碲材料，相變層材料結構通式為MC-(Sb₂Te₃)x，其中，M為鈦或硅，x的取值范圍為0.5＜X＜1。

所述的二氧化硅層的厚度為40-200納米，中間相變層的厚度為10-50納米。

所述的薄膜結構相變層采用磁控濺射法制備而成，且濺射時采用TiC或SiC合金靶及Sb₂Te₃靶共濺射。

所述的中間相變層中的TiC或SiC以非晶態形式存在。

本發明的有益效果在于：

本發明相變薄膜結構，經過激光輻照處理后，隨溫度變化的電阻率(或反射率)沒有顯著的突變點。可以在納米尺度實現光學常數精細調控，并在脫機狀態下保持調控狀態，該相變薄膜結構具有相變速度快、熱穩定性高的特點。

附圖說明

圖1為Sb2Te和SiC-(Sb₂Te₃)_0.76薄膜電阻隨溫度變化曲線圖。

圖2為Sb₂Te₃和SiC-(Sb₂Te₃)_X反射率對比度隨能流密度的變化曲線。

圖3為中間層是SiC-(Sb₂Te₃)_X的薄膜結構，反射率隨脈沖數目變化的曲線圖。