專利名稱：一種用離子注入與離子束刻蝕相結(jié)合制備ktp脊形光波導(dǎo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用離子注入與離子束刻蝕相結(jié)合制備KTP脊形光波導(dǎo)的方法，屬 于光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光波導(dǎo)具有小型、緊湊的特點(diǎn)，能夠容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的有效調(diào)制，是制造光電子 器件的基礎(chǔ)。非線性光學(xué)晶體材料因?yàn)樵诠庑盘?hào)的傳輸、調(diào)制方面具備重要的應(yīng)用價(jià)值， 因此在非線性光學(xué)晶體材料上制備光波導(dǎo)至為重要。KTP晶體是一種重要的非線性光學(xué)晶 體，它的非線性光學(xué)系數(shù)很高比KDP高出20 30倍，在室溫下就能實(shí)現(xiàn)相位匹配，對(duì)溫度 和角度的變化不敏感，它在0. 35 4. 5微米范圍內(nèi)透光性能良好，機(jī)械性能優(yōu)良，化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定。因此，從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，KTP晶體的研究就一直沒(méi)有間斷過(guò)。條形光波導(dǎo)尤其 是脊形光波導(dǎo)因?yàn)榭梢愿玫南拗乒獾膫鬏斠鹆巳藗儚V泛的興趣，到目前為止，在半導(dǎo) 體材料(Si02，InP，GaAS等)上的脊形光波導(dǎo)的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，在晶體材料上制作脊形 光波導(dǎo)相對(duì)較少，在KTP晶體上用離子注入與離子束刻蝕相結(jié)合制備脊形光波導(dǎo)的研究尚 未見(jiàn)報(bào)道。離子注入與離子束刻蝕都是物理過(guò)程，用這種方法制備的脊形光波導(dǎo)非線性特 性可以得到最大程度的保留。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種制備KTP脊形光波導(dǎo)的方法，能夠在KTP晶體上制備微米量級(jí)的 可以較好的限制光的傳輸?shù)墓獠▽?dǎo)。用離子注入與離子束刻蝕相結(jié)合制備KTP脊形光波導(dǎo)的方法為1)樣品處理選擇樣品KTP晶體，Z切，尺寸為10毫米X 8毫米，厚度為1. 5毫米， 表面光學(xué)拋光；樣品先后經(jīng)丙酮、去離子水和酒精清洗后，準(zhǔn)備離子注入；2)離子注入把經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的樣品放在離子注入機(jī)靶室中，抽真空至10_4 帕斯卡量級(jí)，進(jìn)行輕離子或重離子注入；輕離子注入時(shí)，選擇能量為400-550keV、劑量為 IX IO16離子/平方厘米量級(jí)、離子束流為ΙΟΟηΑ、掃描面積為15cmX 20cm ；重離子注入時(shí)， 選擇能量為lMeV-6MeV、劑量為1 X 1013_5X IO15離子/平方厘米、離子束流為20nA、掃描面 積為15cmX 20cm;所述的輕離子為氫離子或氦離子，重離子為氧離子或碳離子或硅離子或 銅離子或磷離子；樣品經(jīng)離子注入，形成平面光波導(dǎo)，并對(duì)平面光波導(dǎo)先后用丙酮、去離子 水和酒精清洗；3)光刻膠掩模的制備勻膠利用高速勻膠機(jī)在清洗過(guò)的平面光波導(dǎo)上涂布光刻膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分 鐘，在120攝氏度下，前烘2分鐘，光刻膠為BP218紫外正型光刻膠；光刻光刻板不透光部分線條為5-10微米，周期為12-50微米，曝光光源為高壓汞 燈；曝光后，用正膠顯影液顯影，清洗、吹干后形成光刻膠掩膜；
后烘將已形成光刻膠掩模的樣品放入恒溫爐中，保持120攝氏度，后烘30分鐘， 蒸發(fā)出光刻膠中的水分，完成光刻膠掩膜的制備；4)離子束刻蝕在離子束刻蝕機(jī)上進(jìn)行Ar離子束刻蝕，離子源為考夫曼型離子 源，離子束束徑為3厘米，束流密度為15-30毫安/平方厘米，離子束能量在400 1900電 子伏特的范圍內(nèi)可調(diào)，束流入射角為30度，高真空工作腔的本底真空度為10_4帕斯卡量級(jí)， 工作壓力為10_2帕斯卡量級(jí)；控制刻蝕速率為400納米/小時(shí)，刻蝕時(shí)間為1-5個(gè)小時(shí)，刻 蝕深度為0. 4-2微米；在樣品上形成周期性條紋；5)后處理用光刻膠腐蝕液去除殘留的光刻膠，對(duì)樣品進(jìn)行端面拋光，形成KTP脊 形光波導(dǎo)。 通過(guò)控制光刻膠掩模的周期可以控制脊形光波導(dǎo)的周期，通過(guò)調(diào)節(jié)束流的大小可 以容易的控制刻蝕速率，因此脊形光波導(dǎo)的波導(dǎo)特性可以由制作工藝很好的控制。根據(jù)該 方法可以制作光調(diào)制器，光開(kāi)關(guān)等光電子器件和衍射光柵等。


圖1為離子注入制備KTP脊形光波導(dǎo)的制作流程2為離子注入制備KTP脊形光波導(dǎo)的制備工藝步驟示意中，1、KTP晶體，2、Mev離子注入，3、折射率改變層，4、光刻膠掩模，5、Ar離子束 刻蝕。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:1)樣品處理選擇樣品KTP晶體，Z切，尺寸為10毫米X8毫米，厚度為1.5毫米， 表面光學(xué)拋光；樣品先后經(jīng)丙酮、去離子水和酒精清洗后，準(zhǔn)備離子注入；2)離子注入把經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的樣品放在加速器靶室中，抽真空至10_4帕 斯卡量級(jí)，進(jìn)行離子注入，選擇注入條件為注入離子碳離子，離子能量6. 0MeV(兆電子 伏)，注入劑量5 X IO13離子/平方厘米，離子束流為20納安培。樣品經(jīng)離子注入，形成平 面光波導(dǎo)，并對(duì)平面光波導(dǎo)先后用丙酮、去離子水和酒精清洗。3)光刻膠掩模的制備勻膠利用高速勻膠機(jī)在清洗過(guò)的KTP晶體平面光波導(dǎo)上涂布光刻膠，轉(zhuǎn)速為 5000轉(zhuǎn)/分鐘，120攝氏度下前烘2分鐘，光刻膠為BP218紫外正型光刻膠。光刻光刻板不透光部分線條為10微米，透光部分為40微米，條形周期為50微 米，曝光光源為高壓汞燈。曝光后，用正膠顯影液顯影，清洗、吹干后形成光刻膠掩膜層。后烘將已形成光刻膠掩模的樣品放入恒溫爐中，保持120攝氏度后烘30分鐘。 在此過(guò)程中是光刻膠中的水分蒸發(fā)出來(lái)，完成了光刻膠掩膜的制備。4)離子束刻蝕在離子束刻蝕機(jī)上進(jìn)行Ar離子束刻蝕，離子源為考夫曼型離子 源，離子束束徑為3厘米，最大束流密度為15毫安/平方厘米，離子束能量在400 1900 電子伏特的范圍內(nèi)可調(diào)，束流入射角為30度，高真空工作腔的本底真空度為10_4帕斯卡量 級(jí)，工作壓力為10_2帕斯卡量級(jí)?？刂瓶涛g速率為400納米/小時(shí)，刻蝕時(shí)間為4個(gè)小時(shí)， 刻蝕深度為1. 6微米，在樣品上形成脊形光波導(dǎo)。
5)后處理用光刻膠腐蝕液去除殘留的光刻膠，對(duì)樣品進(jìn)行端面拋光，形成KTP脊 形光波導(dǎo)。實(shí)施例2
1)樣品處理選擇樣品KTP晶體，Z切，尺寸為10毫米X 8毫米，厚度為1. 5毫米， 表面光學(xué)拋光；樣品先后經(jīng)丙酮、去離子水和酒精清洗后，準(zhǔn)備離子注入；2)離子注入把經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的樣品放在離子注入機(jī)靶室中，抽真空至10_4 帕斯卡量級(jí)，進(jìn)行離子注入；選擇注入條件為注入離子氦離子，離子能量500keV，注入 劑量1 X IO15離子/平方厘米，離子束流為100納安培。樣品經(jīng)離子注入，形成平面光波導(dǎo)， 并對(duì)平面光波導(dǎo)先后用丙酮、去離子水和酒精清洗。3.光刻膠掩模的制備勻膠利用高速勻膠機(jī)在清洗過(guò)的KTP晶體平面光波導(dǎo)上涂布光刻膠，轉(zhuǎn)速為 5000轉(zhuǎn)/分鐘，120攝氏度下前烘2分鐘，光刻膠為BP218紫外正型光刻膠。 光刻光刻板不透光部分線條為5微米，透光部分為45微米，條形周期為50微米， 曝光光源為高壓汞燈。曝光后，用正膠顯影液顯影，清洗、吹干后形成光刻膠掩膜層。后烘將已形成光刻膠掩模的樣品放入恒溫爐中，保持120攝氏度后烘30分鐘。 在此過(guò)程中是光刻膠中的水分蒸發(fā)出來(lái)，完成了光刻膠掩膜的制備。4.離子束刻蝕在離子束刻蝕機(jī)上進(jìn)行Ar離子束刻蝕，離子源為考夫曼型離子 源，離子束束徑為3厘米，最大束流密度為15毫安/平方厘米，離子束能量在400 1900 電子伏特的范圍內(nèi)可調(diào)，束流入射角為30度，高真空工作腔的本底真空度為10_4帕斯卡量 級(jí)，工作壓力為10_2帕斯卡量級(jí)?？刂瓶涛g速率為400納米/小時(shí)，刻蝕時(shí)間1.5小時(shí)，刻 蝕深度為0.6微米。在KTP晶體上形成了脊形光波導(dǎo)。5.后處理用光刻膠腐蝕液去除殘留的光刻膠，對(duì)樣品進(jìn)行端面拋光，形成KTP脊 形光波導(dǎo)。
權(quán)利要求
一種用離子注入與離子束刻蝕相結(jié)合制備KTP脊形光波導(dǎo)的方法，其特征在于，制備方法如下1)樣品處理選擇樣品KTP晶體，Z切，尺寸為10毫米×8毫米，厚度為1.5毫米，表面光學(xué)拋光；樣品先后經(jīng)丙酮、去離子水和酒精清洗后，準(zhǔn)備離子注入；2)離子注入把經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的樣品放在離子注入機(jī)靶室中，抽真空至10 4帕斯卡量級(jí)，進(jìn)行輕離子或重離子注入；輕離子注入時(shí)，選擇能量為400 550keV、劑量為1×1016離子/平方厘米量級(jí)、離子束流為100nA、掃描面積為15cm×20cm；重離子注入時(shí)，選擇能量為1MeV 6MeV、劑量為1×1013 5×1015離子/平方厘米、離子束流為20nA、掃描面積為15cm×20cm；所述的輕離子為氫離子或氦離子，重離子為氧離子或碳離子或硅離子或銅離子或磷離子；樣品經(jīng)離子注入，形成平面光波導(dǎo)，并對(duì)平面光波導(dǎo)先后用丙酮、去離子水和酒精清洗；3)光刻膠掩模的制備勻膠利用高速勻膠機(jī)在清洗過(guò)的平面光波導(dǎo)上涂布光刻膠，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分鐘，在120攝氏度下，前烘2分鐘，光刻膠為BP218紫外正型光刻膠；光刻光刻板不透光部分線條為5 10微米，周期為12 50微米，曝光光源為高壓汞燈；曝光后，用正膠顯影液顯影，清洗、吹干后形成光刻膠掩膜；后烘將已形成光刻膠掩模的樣品放入恒溫爐中，保持120攝氏度，后烘30分鐘，蒸發(fā)出光刻膠中的水分，完成光刻膠掩膜的制備；4)離子束刻蝕在離子束刻蝕機(jī)上進(jìn)行Ar離子束刻蝕，離子源為考夫曼型離子源，離子束束徑為3厘米，束流密度為15 30毫安/平方厘米，離子束能量在400～1900電子伏特的范圍內(nèi)可調(diào)，束流入射角為30度，高真空工作腔的本底真空度為10 4帕斯卡量級(jí)，工作壓力為10 2帕斯卡量級(jí)；控制刻蝕速率為400納米/小時(shí)，刻蝕時(shí)間為1 5個(gè)小時(shí)，刻蝕深度為0.4 2微米；在樣品上形成周期性條紋；5)后處理用光刻膠腐蝕液去除殘留的光刻膠，對(duì)樣品進(jìn)行端面拋光，形成KTP脊形光波導(dǎo)。
全文摘要
一種用離子注入與離子束刻蝕相結(jié)合制備KTP脊形光波導(dǎo)的方法，屬于光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域。制備方法如下將尺寸為10mm×10mm×1mm的z切KTP晶體的表面及相對(duì)兩個(gè)端面光學(xué)拋光；用丙酮、去離子水、和酒精清洗樣品，進(jìn)行離子注入得到平面光波導(dǎo)；在樣品上甩涂BP218光刻膠，掩模板曝光，然后顯影、堅(jiān)膜，形成光刻膠的條形掩模；將樣品放在離子束刻蝕機(jī)靶室中，抽真空至10-4帕量級(jí)，進(jìn)行離子束刻蝕；清洗光刻膠掩模，得到脊形形光波導(dǎo)。所形成的脊形光波導(dǎo)可以很好的保持KTP晶體的非線性光學(xué)特性，在制備光開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G02B6/122GK101943768SQ20101024184
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者劉鵬, 王雪林, 管婧, 趙金花, 黃慶 申請(qǐng)人:山東大學(xué)