引言

多年來，有源光學器件，包括調制和放大功能，是這一概念中最重要的元素之一，仍然需要研究和開發的努力。鐵電材料的使用可能有助于這一發展的材料方面，因為它們的強折射率，可見光和近紅外范圍的透明度，以及某些材料的高電光響應，使它們可能適用于有源電光器件。在目前的工作中，我們研究了利用經典光刻和濕化學蝕刻Pb（ZrTi）O3鐵電薄膜的可能性，以開發集成的平面光學器件，如光調制器結構。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

實驗

Pb（Zr0.36Ti0.64）O3（PZT）鐵電薄膜的細化是基于改進的溶膠-凝膠工藝，使用醇前體組分和乙酸作為溶劑。雖然溶液在金屬基底上的旋轉涂層導致均勻和無裂紋的薄膜，但在玻璃上的沉積似乎更加困難。在目前的實驗中，我們使用了康寧1737 F玻璃，并采用了快速熱退火過程，但將樣品冷卻到室溫速度相當慢。這使得我們能夠在基底的25×25 mm2的總面積上獲得具有相對少量裂紋的薄膜。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

為了獲得厚度達到2m的薄膜，進行了多次旋轉涂層，特別用于濕式化學蝕刻過程的研究。掩模圖案轉移到PZT薄膜是通過經典的光刻工藝使用S正s光刻膠（Shipley S1818）。使用了兩種不同的掩模模式，一種用于研究蝕刻過程本身，另一種用于實現波導結構。用透射光譜對鐵電薄膜的平面進行光學表征，用m線光譜對波導的平面進行光學表征。后者允許確定PZT薄膜[6,7,8]的折射率和厚度。m線技術是基于使用一個折射率高于該折射率的棱鏡的PZT（在我們的例子中是硒化鋅），它被壓在薄膜上（見圖1）。

為了實現m線耦合實驗中所使用的導光結構，研究了PZT薄膜的濕式化學蝕刻工藝。蝕刻結果如圖2所示，其中可以看到不同分辨率的掃描電鏡顯微圖。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖1.馬赫-森德爾干涉儀波導結構的棱鏡-薄膜耦合器設置方案和典型尺寸圖

圖2.鹽酸（37%）PZT薄膜的濕式化學蝕刻。

結果和討論

在康寧1737 F玻璃基板上沉積了450 nm厚的PZT（36/64）單層的透射光譜，測定了從可見到近紅外（300~2500nm）的波長范圍。在圖3中，我們比較了PZT薄膜在其焦氯石相（在560?C熱處理，略低于結晶溫度）和鈣鈦礦相（在620?C退火）的傳輸。

在這兩種情況下，在350 nm處都可以看到一個尖銳的吸收邊緣，并且由于PZT薄膜內的多次反射而產生干涉振蕩。吸收邊緣的位置與鈣鈦礦相中透明PLZT陶瓷塊材料的位置接近，并與薄膜的黃色一致。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

在近紅外環境中，特別是在“遠程辦公波長”（1.3米和1.55米）中，PZT的透明度都高于85%。用m線技術獲得的TE偏振hene激光束的典型暗線譜如圖4所示，在第一步中，模態色散方程的分辨率，使用一個薄膜厚度和折射率，一個近似的折射率，允許識別測量的吸收峰的模式順序。

雖然峰m = 0到m = 3可以很好地識別出來，但現有的高階模態不能明確地歸因，因此沒有在圖中進行索引。第二步，通過對兩種模式的平面介質波導的色散方程進行數值解析，計算了PZT薄膜的折射率和厚度。結合暗線譜的四種te模，可以形成六種模偶；不同模偶的折射率和薄膜厚度的數值計算結果分別如表I所示。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖3.PZT薄膜波長的函數

圖4.PZT薄膜的TE暗線光譜

表1根據TE暗線譜計算不同模對的PZT薄膜折射率和厚度

結論

為了研究光在濕式化學蝕刻制備的波導中的傳播，采用棱鏡-膜耦合器器件作為光耦合器。研究了線性和馬赫-曾德爾多模波導結構。在圖8中，我們展示了一張來自一個集成干涉儀結構的右側部分的散射光的照片（比較圖1）。

由于耦合棱鏡必須放置在襯底的左側，因此只能看到一半的馬赫-曾德爾結構。兩個平行干涉儀臂和右側輸出臂的可見部分對應的長度為55 mm，每個導光結構的寬度為40 m。在兩個干涉儀臂中，從左側到右側的散射光強度都在降低。在它們的交叉點，光強度由于兩臂的統一而增加，但很可能這也是由于幾何形狀的變化所導致的多次反射。在干涉儀的輸出臂上，散射光強度再次從左側到右側減小。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖8來自馬赫-曾德干涉儀結構的散射光。

審核編輯 黃宇