离子辐照掺铒碳化硅荧光及铌酸钙钡钠波导特性的研究

发布时间：2020-05-04 23:56

【摘要】：离子辐照作为一种材料表面改性方式,可以使材料表面的物理、化学、电光、机械性能等发生改变,能有效地优化材料表面的各种性能。通过离子辐照技术不仅能够确保掺杂离子的纯度,实现了注入离子的纯净掺杂、实现不同类型的离子注入掺杂,而且离子辐照对所需的温度适应范围较广。基于离子辐照技术各种优异的性能,在材料表面改性方面越来越受到广泛的应用。本论文利用离子辐照技术,进行了两部分工作:第一,室温下,对SiC晶体进行了铒离子掺杂,在低温情况下观察到了铒离子在1.24μm处的发光现象,并对该发光现象给出了合理的解释;第二,室温下,对Na:CBN晶体进行了多重能量的He离子注入,制备了厚度约为1μm的Na:CBN平面光波导结构。本文研究的主要工作内容为:(1)用能量为280keV,剂量为5×10~(13)ions/cm~2、1×10~(14)ions/cm~2、5×10~(14)ions/cm~2的Er~(3+)注入到三组6H-SiC晶体表面区域,进而实现Er~(3+)在SiC晶体材料近表面区域对6H-SiC晶体的有效掺杂。对掺杂后的上述样品进行卢瑟福背散射测量和光致发光光谱测量的分析研究,不同于铒离子在1.5μm处的光致发光,低温条件下,三组样品中我们均观测到了铒离子在1.24μm处的发光光谱。分析后认为铒离子在1.24μm处发光光谱的产生是由于Er~(3+):~4S_(3/2)→~4I_(11/2)的能级跃迁产生的。伴随着注入剂量的增加,1.24μm处的铒离子荧光现象呈现出相对增加的趋势。分析后认为铒离子注入引起的晶格缺陷使Er~(3+)的~4S_(3/2)→~4I_(11/2)能级跃迁比~4I_(13/2)→~4I_(15/2)能级跃迁更容易发生,而铒离子在~4S_(3/2)→~4I_(11/2)能级跃迁正对应于在1.24μm处的Er~(3+)光致发光。(2)利用多能量氦离子注入Na:CBN晶体中制备了Na:CBN平面光波导结构。室温下,He离子注入的能量为(450+500+550)keV,注入剂量为(3+3+3)×10~(16)ions/cm~2。利用棱镜耦合和端面耦合的测量方法,进行分析研究He离子注入Na:CBN晶体的波导特性。实验过程中,利用SRIM软件模拟了He离子注入Na:CBN晶体中离子损伤的形成过程;FD-BPM模拟了Na:CBN波导中光的传播过程,并得到了光强分布特征;显微拉曼成像对制备的Na:CBN波导结构进行了测量,获得了离子注入后Na:CBN晶体结构特征信息。在He离子注入Na:CBN晶体材料过程中,我们认为存在一个造成晶格损伤的临界值,当离子损伤达到临界值的时候,在n_e偏振方向上可以进行单模模式传输。实验结果得到了能在n_e偏振方向上进行单模传输的Na:CBN波导结构。这项研究可以为基于铌酸钙钡钠晶体集成光学器件的研究提供有用的信息。
【图文】：

密度分布,离子注入机,结构示意图

注入机工作原理注入机主要由离子源、质量分析器、束流扫描装置、靶室构成。离子源有，共同点以气体放电为基础而且能够提供负离子束流。质量分析器依据不离子源的几种离子按照 m/z（m 为带电离子的质量，z 为离子的电荷量）大子准确的筛选出来，进而将不需要的杂质离子除去的过程；束流扫描装置成，包括偏束器和扫描器。由于在管道中离子与空气原子相互作用而失去中性离子在掺杂过程中不起作用，需要将其出去，就需要用到偏束器。由的离子束流截面积比较小，密度分布不均匀，中间密度比较高，两侧的密过束流器的扫描作用，能够起到使离子在靶材上均匀的注入，保证了注入室也叫工作室，，内部有固定注入样品或者器件的架子，也有加热或冷却系加热或者冷却。根据实验方案所需的注入条件以及样品的规格大小，是选温离子注入靶室还是高温、高能量类型的离子注入靶室等，靶室的选取可如图 2.1 为离子注入机的结构示意图。

间隙杂质,替位杂质,点缺陷,空穴

发生联级碰撞，使得晶体性发生改变，而产生大量的晶格缺陷（体的缺陷类型加速后注入到晶体材料中从而引起晶生空位、间隙原子；线缺陷造成晶格二维结构上以及三维结构上的改变，产从图中我们可以看出，不管哪种缺陷的折射率。在离子注入过程中，原子素。波导结构能够对照射进晶体材料处于完整光子晶体禁带中的光，将沿着至此，通过离子注入方式，改变了晶0-23]。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

【参考文献】