高度擇優(yōu)取向鐵電鈮酸鍶鋇薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、鈮酸鍶鋇(SrxBa1-xNb2O6,0.2

2、應(yīng)用于鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM、熱釋電紅外探測器、鐵電光波導(dǎo)電光調(diào)制器等集成電光器件方面.隨著光通訊產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,特別是集成光學(xué)的發(fā)展,迫切需要在硅襯底上生長擇優(yōu)取向性好的鈮酸鍶鋇晶體,來有效地減少光在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的損耗.該論文探討了SBN薄膜的溶膠-凝膠(Sol-Gel)生長技術(shù)及其原理.在1000℃的退火溫度下,分別用NbCl5和Nb(OC2H5)5作為Nb醇鹽的先驅(qū)物制備SBN前驅(qū)溶液,隨后在Si襯底上生長出高度C軸擇優(yōu)取向的S

3、BN晶體薄膜.用X射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、二次離子質(zhì)譜(SIMS)、受激拉曼散射、分光光度計(jì)、電致雙折射(自建系統(tǒng))等方法對(duì)SBN薄膜的結(jié)構(gòu)性能和物理性能進(jìn)行了表征.研究了各生長條件如退火溫度、前驅(qū)溶液、襯底類型、緩沖層(KSBN、MgO)等參數(shù)對(duì)SBN薄膜性能的影響以及降低光學(xué)損耗的措施等.研究表明,退火溫度是關(guān)系到SBN溶液是否生成SBN晶相的關(guān)鍵因素.高溫有助于斜方晶系結(jié)構(gòu)的SN相和BN相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄Ц矜u青銅

4、結(jié)構(gòu)的SBN相.只有在1000℃的退火溫度下才能在Si襯底上生成近似單晶外延的SBN薄膜.而且,隨著膜厚的增加,處于底層的膜層起到緩沖層的作用,逐漸改善著薄膜與襯底之間的晶格失配,從而使得SBN薄膜在(001)方向的優(yōu)先取向性越來越好.測得SBN薄膜的折射率大于KSBN薄膜的折射率.在633nm時(shí),SBN60薄膜的折射率n=2.13,摻KSBN60的薄膜折射率n=1.96.這可能是K的原子量小于Sr、Ba所致.同時(shí),測量MgO襯底上的S

5、BN薄膜和摻K的SBN薄膜的r51系數(shù)分別為37.6pm/V和58.5pm/V,摻K的SBN60薄膜制成的波導(dǎo),其半波調(diào)制電壓明顯要比不摻K的波導(dǎo)半波調(diào)制電壓低.由此驗(yàn)證了薄膜與晶體相似的性質(zhì)——KSBN薄膜的橫向電光系數(shù)大于SBN薄膜.通過膜層設(shè)計(jì),模擬計(jì)算,得到一定損耗范圍內(nèi)緩沖層和鐵電薄膜厚度的關(guān)系,從而為設(shè)計(jì)低損耗平面型電光波導(dǎo)調(diào)制器件提供了一定的參考依據(jù).SBN薄膜在Si襯底上的生長使人們可以將SBN鐵電薄膜材料的優(yōu)越性能與工