鈮酸鋰（LiNbO₃,LN）是一種應(yīng)用前景廣泛的多功能晶體,具備出色的鐵電、非線性、光折變、壓電、電光以及聲光等特性。近年來(lái),隨著智能終端、高速通信設(shè)備的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)疇工程難以解決器件橫向尺寸大、功耗高、性能低等問(wèn)題。絕緣體上LN薄膜（Lithium Niobate Thin Film On Insulator,LNOI）可以大幅減小極化電場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)疇工程器件的微型化、高集成和低功耗,突破傳統(tǒng)LN器件性能瓶頸。因此,進(jìn)行LN鐵電單晶薄膜異質(zhì)集成及LN薄膜電疇調(diào)控機(jī)理的研究,對(duì)LN疇工程的功能升級(jí)和應(yīng)用推廣具有重要的科學(xué)意義。本文圍繞LN薄膜工藝優(yōu)化、微疇熱穩(wěn)定性與疇壁傳導(dǎo)增強(qiáng)三個(gè)方面展開(kāi)研究,并對(duì)熱致亞穩(wěn)態(tài)電疇演化、疇壁電流進(jìn)行測(cè)試分析。首先,完成LN低溫直接鍵合與感應(yīng)耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma,ICP）干法刻蝕工藝優(yōu)化。采用等離子體活化技術(shù)解決鍵合面的熱應(yīng)力失配問(wèn)題,進(jìn)而探明溫度、壓力與鍵合質(zhì)量的關(guān)系;運(yùn)用ICP干法刻蝕技術(shù)提高LN刻蝕精度,進(jìn)而對(duì)光刻膠與金屬掩膜層的LN刻蝕進(jìn)行分析。其次,通過(guò)分析室溫下電場(chǎng)極化電疇反... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LN晶體順電相極化示意圖（a）原生電疇示意圖（b）反轉(zhuǎn)電疇示意圖

中北大學(xué)學(xué)位論文4圖1-2鐵電體的電滯回線（a）PZT（b）LN[12]Fig.1-2Hysteresisloopofferroelectrics(a)PZT(b)lithiumniobate[12]1.3鈮酸鋰薄膜異質(zhì)集成技術(shù)研究現(xiàn)狀1.3.1外延薄膜生長(zhǎng)技術(shù)目前LN薄膜的制備方法主要有兩類：外延薄膜生長(zhǎng)與離子注入剝離。其中，外延法主要有：液相外延（LPE）[13]、化學(xué)氣相沉積（CVD）[14]、溶膠凝膠（Sol-gel）[15]、脈沖激光沉積（PLD）法[16]、高頻磁控濺射（RFMS）[17]等，表1-2為L(zhǎng)N薄膜主要制備工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較分析。（1）液相外延。1975年，首次在LiTaO3單晶表面用液相外延技術(shù)合成LN薄膜。該方法很少用于制備鈮酸鋰薄膜，2009年德國(guó)耶拿大學(xué)報(bào)道稱通過(guò)這種方法成功地制作了LiNbO3薄膜的光波導(dǎo)。（2）化學(xué)氣相沉積。1995年，日本使用CVD法合成LN薄膜。CVD法主要受反應(yīng)器中混合物壓力的影響。在減壓（約266.6Pa）下，在藍(lán)寶石襯底上形成了包含LN和LiNb3O8相的多晶膜，壓力增加到約2666Pa形成單相LN薄膜。（3）溶膠凝膠。與其他方法相比，Sol-gel法能夠在較低的溫度下生長(zhǎng)LN薄膜，但該方法非常耗時(shí)且使用了相當(dāng)昂貴的前驅(qū)體溶液，并且合成的LN薄膜經(jīng)常包含其他相（LiNb3O8和Nb2O5），粗糙度取決于沉積條件和溶液中組分的摩爾濃度，當(dāng)濃度從0.25改變?yōu)?mol/L時(shí)，粗糙度從10.6nm變?yōu)?6nm。（4）脈沖激光沉積。20世紀(jì)90年代，PLD被廣泛應(yīng)用于LN薄膜的合成。PLD制備薄膜的特性取決于靶材燒蝕過(guò)程中流動(dòng)成分的分布、腔內(nèi)氣體壓力、靶面到襯底的距

中北大學(xué)學(xué)位論文61.3.2離子注入剝離技術(shù)通過(guò)外延法制備LN薄膜技術(shù)存在薄膜均勻性差、物化性能退化和難以大面積成膜等弊端。2004年，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的P.Rabiei等利用離子注入與直接鍵合技術(shù)[19]相結(jié)合的方法制備LN單晶薄膜。該技術(shù)不僅能夠很好保留塊體材料的物化性能，也可以實(shí)現(xiàn)大面積的薄膜制造。其主要步驟有：離子注入、鍵合和退火剝離。圖1-3顯示了使用離子注入和直接鍵合制造LNOI的過(guò)程。首先，用一定劑量的高能He離子注入待切割的Z切向LN晶片，形成一個(gè)非晶層，He離子駐留在圖1-3（a）所示的黃色區(qū)域中。然后，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）在Si晶片上生長(zhǎng)SiO2層，兩個(gè)晶片在鍵合機(jī)內(nèi)直接鍵合。最后，通過(guò)退火程序使LN晶片沿He離子駐留層剝離，并且在SiO2/Si襯底上保留了LN薄層。圖1-3離子切割技術(shù)制備LNOI薄膜的示意圖（a）離子注入（b）鍵合（c）退火剝離Fig.1-3SchematicofLNOIfilmpreparationbyioncuttingtechnique(a)Ionimplantation(b)bonding(c)Annealingstripping晶圓鍵合技術(shù)（WaferBondingTechnology）是LNOI制作的關(guān)鍵步驟，該技術(shù)通過(guò)化學(xué)和物理作用將兩片同質(zhì)或異質(zhì)的晶片緊密地結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到微納加工所能達(dá)到的的鍵合強(qiáng)度。自80年代中期采用SOI成功制造了壓力傳感器以來(lái)，晶圓鍵合在MEMS制造中扮演著越來(lái)越重要的角色，許多MEMS器件制作過(guò)程中需要不同的材料甚至電子部分的基板結(jié)合（例如CMOS晶圓）。同時(shí)，MEMS也成為晶圓鍵合工藝發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)其在過(guò)去數(shù)十年中不斷發(fā)展。3D晶圓級(jí)鍵合可以分為直接鍵合（DirectBonding）與中間層鍵合兩大類，如圖1-4所示。直接鍵合包括晶圓層直接鍵合與陽(yáng)極鍵合，中間層鍵合分類很多，依據(jù)中間層材料不同分為金屬鍵合、混合金屬/聚合物中間層鍵合（PMM

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Broadband quasi-phase matching in a MgO:PPLN thin film[J]. LICHENG GE,YUPING CHEN,HAOWEI JIANG,GUANGZHEN LI,BING ZHU,YI’AN LIU,XIANFENG CHEN.  Photonics Research. 2018(10)
[2]鈮酸鋰干法刻蝕的研究進(jìn)展[J]. 要彥清,李金洋,吳建杰,陳方,祁志美.  微納電子技術(shù). 2012(03)

博士論文
[1]鈮酸鋰、鉭酸鋰超晶格：制備技術(shù)優(yōu)化及其應(yīng)用研究[D]. 袁燁.南京大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3338901