[發(fā)明專利]一種制備亞微米周期任意極化圖案鈮酸鋰微盤腔的方法

有效

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• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109061910B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薄方;張莉;郝振中;高峰;張國權(quán);許京軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學
• 主分類號: G02F1/05
• 分類號: G02F1/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種制備亞微米周期任意極化圖案鈮酸鋰微盤腔的方法，其包括以下步驟：步驟一，生成帶下電極的鈮酸鋰薄膜；步驟二，在鈮酸鋰薄膜上制備微盤腔掩模圖案；步驟三，對樣品進行反應(yīng)離子束刻蝕，形成鈮酸鋰微盤；步驟四，在鈮酸鋰微盤上構(gòu)造任意圖案的極化結(jié)構(gòu)；步驟五，對樣品進行金屬層和二氧化硅層刻蝕，形成邊緣懸空的周期極化鈮酸鋰微盤腔。該發(fā)明操作簡單，精度高，可實現(xiàn)具有小周期任意極化圖案的鐵電晶體微腔的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及周期極化微盤腔結(jié)構(gòu)的制備，具體涉及到一種制備亞微米周期任意極化圖案鈮酸鋰微盤腔的方法，其適用于以鈮酸鋰為代表的鐵電晶體材料。

背景技術(shù)

鈮酸鋰晶體以其優(yōu)異的電光、聲光以及非線性光學等性質(zhì)被稱作“光學硅”，在光參量振蕩器、電光調(diào)制器、非線性回音廊模式腔、全息存儲以及頻率轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。鈮酸鋰晶體的非線性效應(yīng)是鈮酸鋰晶體應(yīng)用比較廣泛的性質(zhì)之一。在完全相位匹配條件較難滿足的條件下，基于準相位匹配技術(shù)(Quasi-phase-matching，簡稱QPM)的鈮酸鋰晶體疇工程通過周期性地改變鈮酸鋰晶體的極化方向即晶體的非線性系數(shù)的符號來彌補晶體中光波的相位失配，利用鈮酸鋰晶體最大的電光系數(shù)d₃₃獲得較高的非線性轉(zhuǎn)換效率。

在鈮酸鋰回音廊模式微盤腔中，要實現(xiàn)準相位匹配技術(shù)，就需要在鈮酸鋰微盤腔上制備周期極化結(jié)構(gòu)。目前已報道的周期極化鈮酸鋰(Periodically poled lithiumniobite，簡稱PPLN)微盤腔的制備是采用高壓將Z切向鈮酸鋰晶片極化，制備出直條狀的周期極化結(jié)構(gòu)，然后通過向其中注入高能量氦離子，在PPLN一定深度處形成損傷層，之后將注入氦離子的PPLN晶片帶有二氧化硅的硅或者鈮酸鋰襯底進行鍵合，鍵合之后的晶片在高溫下熱處理，剝離氦離子注入導致的損傷層之上的PPLN薄膜，最后經(jīng)過化學-機械拋光技術(shù)形成所需厚度的周期極化鈮酸鋰薄膜。然后進行后續(xù)的紫外光刻，反應(yīng)離子束刻蝕形成盤腔，緩釋氫氟酸刻蝕二氧化硅犧牲層形成邊緣懸空的周期極化鈮酸鋰微盤腔。2018年南開大學薄方課題組利用上述工藝，制備出直條狀周期極化鈮酸鋰盤形腔，極化周期16微米，品質(zhì)因子微十萬量級。幾乎同時，Richard Wolf等人利用相似的工藝留，制備出直條狀周期極化鈮酸鋰環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，極化周期23μm。在上述制備方案中，由于鈮酸鋰晶片較厚一般為幾百微米，很難實現(xiàn)小于5μm的周期極化和任意圖案的極化。因此，有必要發(fā)展一種簡單實用、可以制備亞微米小周期任意極化圖案的鈮酸鋰微盤腔的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過多次設(shè)計和研究，提出了一種制備小周期任意極化圖案的鈮酸鋰微盤腔的方法。本發(fā)明技術(shù)的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)在制備周期極化微盤腔結(jié)構(gòu)中存在的極化周期大、圖案單一的技術(shù)難題，提供一種可以在鈮酸鋰微盤腔中精確制備小周期任意極化圖案的方法。

依據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)方案，提供一種制備亞微米周期任意極化圖案鈮酸鋰微盤腔的方法，其包括以下步驟：

步驟一，生成帶下電極的鈮酸鋰薄膜；

步驟二，在鈮酸鋰薄膜上制備微盤腔掩模圖案；

步驟三，對樣品進行反應(yīng)離子束刻蝕，形成鈮酸鋰微盤；

步驟四，在鈮酸鋰微盤上構(gòu)造任意圖案的極化結(jié)構(gòu)；

步驟五，對樣品進行金屬層和二氧化硅層刻蝕，形成邊緣懸空的周期極化鈮酸鋰微盤腔。

依據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)方案，提供一種制備亞微米周期任意極化圖案鈮酸鋰微盤腔的方法，其包括以下步驟：