Ge-Sb-Se硫系光波导的热压印制备研究

发布时间：2020-03-24 15:47

【摘要】：硫系玻璃由于具有较高的非线性折射率、超快的非线性响应时间、极宽的红外透过窗口以及独特的光敏特性等品质,使其在全光信号处理、中红外生物传感等领域上的应用吸引了研究者的极大关注。随着集成光子学理论和技术的蓬勃发展,硫系材料与集成光子学的结合形成了一个独特的研究领域—“硫系光子学”。硫系光子学已成为当前光子学的热门研究领域之一。国际上的一些知名研究机构在硫系光波导制备及应用方面已取得了一系列创新性研究成果。其中,纳米热压印技术由于具有操作简单、分辨率高、周期短、成本低等优点已成为国内外硫系光波导制备领域的研究热点。本文利用实验室自制的Ge-Sb-Se玻璃作为靶材,采用磁控溅射法分别制备了高质量的Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)和Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)硫系薄膜,并对薄膜的各种性能作了系统的表征分析。然后以这两种硫系薄膜作为膜层材料分别进行热压印实验,并研究了不同工艺参数对压印波导质量的影响。具体研究内容如下:(1)真空环境下采用熔融淬冷法制备直径为50mm的Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)以及Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)硫系玻璃材料,对其切割并加工成3mm厚的样品作为磁控溅射制备GeSb-Se非晶薄膜的靶材。(2)采用磁控溅射法分别制备Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)和Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)薄膜样品,并对薄膜进行热处理,研究了薄膜经过热处理后其光学特性的变化。实验结果表明:当退火温度(Ta)低于其玻璃转变温度(Tg)时,薄膜没有析晶,随着Ta的增加,薄膜的光学带隙会增大,折射率则减小;当退火温度(Ta)高于其玻璃转变温度(Tg)时,薄膜开始析出晶粒,且随着Ta的增加,晶粒的体量以及薄膜的折射率都会增大,光学带隙则减小。利用Mott-Davis能带结构模型,分析表明膜层中缺陷及悬挂键的增减是导致光学带隙和折射率变化的重要因素。(3)采用已有的热压印装置对磁控沉积的Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)薄膜和Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)薄膜分别进行热压印实验,研究不同工艺参数对压印波导质量的影响。经过大量实验我们最终制备出相应结构规整的光波导,并得到Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)和Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)薄膜的最佳热压印工艺参数:压印温度分别为254℃和168℃、时间分别为25min和20min、压印气体压强分别为0.5Mpa和0.4Mpa、冷却速率分别为20℃/min和15℃/min、脱模温度分别为185℃和100℃。实验结果表明,这两种薄膜在各自的最优工艺条件下,都很好的复制了模具的微观结构,且都没有龟裂或析晶现象发生。
【图文】：

流程图,激光直写技术

宁波大学硕士专业学位论文构更加稳定的硫系波导，但波导的传输损耗也随之增大，在 1550 模的损耗分别为 0.41 dB/cm 和 0.52 dB/cm。2015 年 Abdel-Moneim法对磁控溅射沉积的 As2Se3薄膜进行压印，制备出低损耗的单模底为 Ge17As18Se65薄膜，在 1550nm 处计算出的对 TM 模和 TE 模dB/cm 和 < 0.78 dB/cm。各种光波导制备技术的流程图。

示意图,示意图,非晶态材料,原子排列

模型为非晶态材料，其原子排列是不规则的（结构无体是长程无序的，，但是从微观上来看其原子排列何特征，即短程有序。由于非晶态材料不具有长可以准确测定其原子分布等微观结构信息。为了们引入原子径向分布函数 RDF，定义为：在均匀某个原子为中心，半径为 r 的单位球壳内原子数)是原子的数密度。另外，研究人员常采用一些结非晶态结构模型有以下几种。Microcrystalline Model）最早是由前苏联学者列别捷图如图 2.1 所示。该模型认为非晶态材料的结构是，且微晶内部原子排列规则。同时由于这些微晶机取向，从而形成整体长程无序的非晶结构[70]。
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN252

【参考文献】