[發(fā)明專利]一種制備周期性光學(xué)超晶格的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911410876.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111025432B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹志軍;葉志霖;許志城
• 申請（專利權(quán)）人: 南京南智先進(jìn)光電集成技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02F1/355
• 代理公司: 北京弘權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請?zhí)峁┮环N制備周期性光學(xué)超晶格的方法，該方法中，對鐵電體晶體進(jìn)行處理，獲得周期性的鈦擴散結(jié)構(gòu)；在未擴散區(qū)域套刻周期性的目標(biāo)電極，形成目標(biāo)基片；對所述目標(biāo)基片施加電場，則形成周期性光學(xué)超晶格。本申請?zhí)峁┑姆椒ㄖ校繕?biāo)電極套刻在未擴散區(qū)域，且目標(biāo)電極的寬度小于未擴散區(qū)域的寬度，在對目標(biāo)基片施加電場時，目標(biāo)電極對應(yīng)的區(qū)域發(fā)生疇翻轉(zhuǎn)，與目標(biāo)電極相鄰的鈦擴散區(qū)域能夠抑制該區(qū)域中疇的橫向擴展，從而能夠制備線寬較小的周期性光學(xué)超晶格。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及鐵電極晶體極化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備周期性光學(xué)超晶格的方法。

背景技術(shù)

鐵電體是一類特殊的電介質(zhì)材料，在一定溫度范圍內(nèi)含有能自發(fā)極化，并且自發(fā)極化方向可隨外電場作可逆轉(zhuǎn)動的晶體，例如，LiNbO3、KTP、GaP以及GaAs等。將微結(jié)構(gòu)引入鐵電體晶體中，使其正疇和負(fù)疇按照一定的方式有序排列，制成光學(xué)超晶格，光學(xué)超晶格主要用于激光倍頻。其中，微結(jié)構(gòu)可以是周期的，也可以是非周期的；可以是一維的，也可以是多維的。目前，利用周期性極化工藝將鐵電體晶體制備成光學(xué)超晶格受到了國內(nèi)外研究人員的長期關(guān)注和研究，而周期性極化工藝中的室溫電場極化工藝具有結(jié)構(gòu)控制精確，制作方法簡單快捷等眾多優(yōu)點，現(xiàn)已成為光學(xué)超晶格制備方法中發(fā)展最成熟和應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)有多種方式實現(xiàn)室溫電場極化工藝，例如傳統(tǒng)的金屬薄膜電極極化法、液體電極極化法以及光誘導(dǎo)輔助液體電極極化法等，其中，傳統(tǒng)的金屬薄膜電極極化法由于量產(chǎn)優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。金屬薄膜電極極化法主要包括以下步驟：步驟（1），計算極化周期；步驟（2），使用軟件設(shè)計出所需要的模板；步驟（3），使用設(shè)計好的模板在已經(jīng)單疇化的晶體上進(jìn)行光刻，得到周期性的電極圖形；步驟（4），在電極上施加電壓進(jìn)行疇翻轉(zhuǎn)；步驟（5），除去薄膜電極，切割即獲得光學(xué)超晶格。在步驟（5）中，鐵電體晶體在外電場的作用下發(fā)生疇翻轉(zhuǎn)，形成穩(wěn)定的電疇結(jié)構(gòu)。疇翻轉(zhuǎn)過程如圖1所示，圖1（a）至圖1（f）為疇翻轉(zhuǎn)不同階段的示意圖，圖1（a）表示在電極的邊緣成核，這是形成新疇的開端；圖1（b）表示核的尖端沿晶軸向晶體另一面?zhèn)鞑ィ诖诉^程中，核的直徑也略微增大；圖1（c）表示尖端傳播至晶體另一面終止，這一過程在極短的時間（小于1微秒）內(nèi)完成；圖1（d）表示相鄰電疇快速接合，形成一個較大的電疇；圖1（e）表示疇壁橫向擴張；圖1（f）表示電疇結(jié)構(gòu)最終達(dá)到穩(wěn)定。

但是，在傳統(tǒng)金屬薄膜電極極化法中，由于步驟（3）的光刻工藝提供了一個周期性的電極，施加電壓時，鐵電體晶體內(nèi)部有的地方電場大，有的地方電場小，電場差值越大，能發(fā)生翻轉(zhuǎn)的區(qū)域和不能發(fā)生翻轉(zhuǎn)的區(qū)域越明顯。隨著電極周期的變小，與電極直接相連的區(qū)域和未相連的區(qū)域電場差值會變得很小，疇翻轉(zhuǎn)到負(fù)面是需要時間的，并且不是所有區(qū)域都是一起翻轉(zhuǎn)的。如圖2所示，圖2（a）為剛發(fā)生疇翻轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2（b）為疇翻轉(zhuǎn)不斷進(jìn)行時的結(jié)構(gòu)示意圖，然而，在疇翻轉(zhuǎn)過程中，先翻轉(zhuǎn)區(qū)域疇壁周圍容易繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，造成先翻轉(zhuǎn)區(qū)域周圍不停的翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致與金屬電極未相連的區(qū)域也發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而相鄰與金屬電極相連的區(qū)域可能還沒有發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時與金屬電極未相連的區(qū)域繼續(xù)橫向擴展至相鄰與金屬電極相連的區(qū)域，容易造成由于疇橫向擴展嚴(yán)重而導(dǎo)致的連疇現(xiàn)象，如圖2（c）所示，而連疇現(xiàn)象的出現(xiàn)，難以制備周期較小的光學(xué)超晶格。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N制備周期性光學(xué)超晶格的方法，以解決現(xiàn)有光學(xué)超晶格制備工藝中疇橫向擴展嚴(yán)重的問題。

本申請?zhí)峁┮环N制備周期性光學(xué)超晶格的方法，包括：

對鐵電體晶體進(jìn)行處理，獲得周期性的鈦擴散結(jié)構(gòu)，所述鈦擴散結(jié)構(gòu)表面內(nèi)嵌有鈦擴散區(qū)域；

在未擴散區(qū)域套刻周期性的目標(biāo)電極，形成目標(biāo)基片，其中，所述未擴散區(qū)域為所述鈦擴散以外的區(qū)域，所述未擴散區(qū)域與所述鈦擴散區(qū)域位于所述鐵電體晶體的同一表面上，所述目標(biāo)電極為直接與鐵電體晶體相接觸的電極，所述目標(biāo)電極的寬度小于任意兩個相鄰鈦擴散區(qū)域之間的未擴散區(qū)域的寬度；

對所述目標(biāo)基片施加電場，形成周期性光學(xué)超晶格。