光激励法制备As*S*条波导的方法技术

本发明专利技术公开了一种光激励法制备Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］条波导的方法，具体步骤为：１．基板准备和清洗，２．制备Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体薄膜，３．选择性光辐照，４．结束光辐照。本发明专利技术采用光激励方法制备Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体条状波导的技术，解决了离子交换或质子交换技术、热扩散技术、反应离子蚀刻技术和湿法蚀刻技术等常规技术不能实现的Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体条状波导的制备工艺问题，为制备由Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体条状波导构成的导波光回路器件提供了实施可能性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成光学技术，尤其是一种用于制备As2S8条状波导的技术方法。
技术介绍
硫化砷非晶态半导体在红外带域有很好的透明性，光学非线性效应也比石英玻璃高出两个数量级，因此作为一种长波长非线性光学介质而受到关注。其中As2S3非晶态半导体的化学性质比较稳定，在As2S3玻璃光纤上实现光克尔效应开关和光学非线性环路反射镜等工作已有报道(M.Asobe等Photo.Tech.Lett.，Vol.4，p.362，1992；M.Asobe等Electron.Lett.，Vol.29，p.1966，1993)。与As2S3相比As2S8非晶态结构的共价键结合配位数低、含有键外的S分子，相互之间以Van der Waals力相互作用，结合力弱，是一种软玻璃态半导体(Lyubin V M等J Non Crystalline Solids.，Vol.135，p.37，1991；Gupta P KJ Non Crystalline Solids，Vol.195，p.158，1996)。As2S8非晶态半导体是由微小体元的长程无序排列构成，微小体元内含有许多微观结构缺陷。尽管整体上的物理化学特性是均匀的，但微小体元之间存在能态差别，导致能隙内出现许多次能级。As2S8非晶态半导体的过剩硫元素还提供不成键的孤对电子，提高了微小体元之间的结合态自由度，次能级增加。这种能隙内的多阶层次能级是构成光学抽运的基本条件，我们已经报告了在As2S8薄膜上利用光学抽运效应实现对信号光的阻断试验，其原理是利用了次能级电子跃迁过程对信号光的吸收，向次能级抽运电子的工作由带隙光照射激励来完成(梁东波等光电子技术与信息，Vol.15，p.19，2002)。这种现象在As2S3玻璃上观察不到。为了利用这个效应制备新功能的光波导回路器件，有必要制备As2S8条状波导。目前用于制备条状波导的常规技术主要有四种，一种是离子交换或质子交换技术，交换过程必须在250度以上的温度中进行。第二种是热扩散技术，工艺温度在1000度左右。由于As2S8非晶态半导体的软化温度在130度附近，这两种高温工艺不能使用。另外两种分别是反应离子蚀刻技术和湿法蚀刻技术，试验表明这两种工艺也不能适用，前者不能使As发生气化反应，造成蚀刻后的条波导侧壁残留大量氧化砷颗粒；后者是由于As2S8不耐碱，过不了多道工序中碱性溶液的关。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有制备As2S8条状波导存在的技术问题，提供一种采用光激励法制备As2S8非晶态半导体条状波导的方法，该方法是用波长小于或等于442nm的光波选择性地辐照As2S8非晶态半导体薄膜，As2S8非晶态半导体薄膜中被该光波辐照的条状区域的折射率发生不可逆增高，从而形成As2S8非晶态半导体条状波导。本专利技术的技术方案是一种采用光激励法制备As2S8条波导的方法，其步骤为第一步基板准备和清洗衬底基板采用光学玻璃或铌酸锂晶体，基板表面采用光学研磨技术抛光，然后按以下程序清洗(1)用氧化铈和碳酸钙研磨剂擦拭基板各表面，去除表面油脂等污物，用自来水冲洗基板； (2)自来水超声波清洗2次，每次1分钟；(3)中性洗剂超声波清洗5分钟；(4)自来水超声波清洗5次，每次1分钟；(5)丙酮超声波清洗5分钟；(6)自来水超声波清洗5次，每次1分钟；(7)纯水超声波清洗3次，每次1分钟；(8)异丙醇超声波清洗2次，每次3分钟；(9)高纯度酒精超声波清洗2分钟；(10)用洁净氮气吹去基板表面液珠；(11)120℃烘烤10分钟；第二步制备As2S8非晶态半导体薄膜As2S8蒸发源材料采用烧结方法制备将As和S按莫尔数配平，放入桶式高温电炉中加温至800℃熔融并保温10小时，自然冷却结成固块，充分捣碎后用作真空镀膜蒸发源；采用真空镀膜技术将As2S8非晶态半导体薄膜制备在基板上表面，镀膜过程中基板温度控制在80℃以下，膜厚控制在0.2～10微米之间；其中膜厚通过两种方法控制一种是称量法，通过调节蒸发源的质量控制膜厚；另一种是在加热电流下通过调节蒸发时间控制膜厚；第三步选择性光辐照制备有As2S8非晶态半导体薄膜的基板表面的上方置有掩模板，掩模板透光部分采用直线或曲线形式的条形图案，透光图案的线宽范围在1～20微米之间，辐照光波的波长不大于442nm，辐照光波沿掩模板上表面法线方位、由上至下照射，光波通过掩模板的条形透光部分对As2S8非晶态半导体薄膜进行选择性光辐照，光照部分的折射率增加，形成与掩模板的条形透光图案形状相同的As2S8非晶态半导体条状波导；第四步结束光辐照遮断辐照光，光辐照结束。撤去掩模板，得到As2S8非晶态半导体条状波导。本专利技术提供的、采用光激励方法制备As2S8非晶态半导体条状波导的技术方法，解决了离子交换或质子交换技术、热扩散技术、反应离子蚀刻技术和湿法蚀刻技术等常规技术不能实现的As2S8非晶态半导体条状波导的制备工艺问题，为制备由As2S8非晶态半导体条状波导构成的导波光回路器件提供了实施可能性。附图说明图1是He-Cd激光辐照时间与As2S8薄膜折射率增量之间的关系图；图2是紫外汞灯辐照时间与As2S8薄膜折射率增量之间的关系图；图3是He-Cd激光辐照时间与As2S8薄膜厚度变化之间的关系图；图4是紫外汞灯辐照时间与As2S8薄膜厚度变化之间的关系图；图5是As2S8薄膜样品在紫外光辐照前后的X线衍射谱图；图6是紫外光辐照前后的As2S8薄膜的远红外反射谱图，其中(a)消光系数的KK变换谱，(b)折射率n的KK变换谱；图7是紫外光辐照前后的As2S8薄膜样品的可见光吸收谱图；图8是光激励法制备As2S8条波导的工艺流程图；图9是光辐照制备As2S8条波导的示意图(横截面)；图10是As2S8条波导的显微CCD照片；图11是As2S8条波导中(a)632.8nm和(b)1310nm波长导模的输出近场照片。具体实施例方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明。1.本专利技术的光激励法制备As2S8条波导的工艺流程如图8所示，步骤如下第一步基板准备和清洗衬底基板采用光学玻璃或铌酸锂晶体，基板表面采用光学研磨技术抛光，然后按以下程序清洗(1)用氧化铈和碳酸钙研磨剂擦拭基板各表面，去除表面油脂等污物，用自来水冲洗基板；(2)自来水超声波清洗2次，每次1分钟；(3)中性洗剂超声波清洗5分钟；(4)自来水超声波清洗5次，每次1分钟；(5)丙酮超声波清洗5分钟；(6)自来水超声波清洗5次，每次1分钟；(7)纯水超声波清洗3次，每次1分钟；(8)异丙醇超声波清洗2次，每次3分钟；(9)高纯度酒精超声波清洗2分钟；(10)用洁净氮气吹去基板表面液珠；(11)120℃烘烤10分钟；第二步制备As2S8非晶态半导体薄膜As2S8蒸发源材料采用烧结方法制备将As和S按莫尔数配平，放入桶式高温电炉中加温至800℃熔融并保温10小时，自然冷却结成固块，充分捣碎后用作真空镀膜蒸发源；采用真空镀膜技术将As2S8非晶态半导体薄膜制备在基板上表面，镀膜过程中基板温度控制在80℃以下，膜厚控制在0.2～10微米之间；其中膜厚通过两种方法控制一种是称量法，通过调节蒸发源的质量控制膜厚；另一种是在加热电流下通过调节蒸发时间控制膜厚；第三步选择性光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光激励法制备Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］条波导的方法，其特征在于，具体步骤为：第一步：基板准备和清洗衬底基板采用光学玻璃或铌酸锂晶体，基板表面采用光学研磨技术抛光，然后按以下程序清洗：（１）用氧化铈和碳酸钙研磨剂擦拭基 板各表面，去除表面油脂等污物，用自来水冲洗基板；（２）自来水超声波清洗２次，每次１分钟；（３）中性洗剂超声波清洗５分钟；（４）自来水超声波清洗５次，每次１分钟；（５）丙酮超声波清洗５分钟；（６）自来水 超声波清洗５次，每次１分钟；（７）纯水超声波清洗３次，每次１分钟；（８）异丙醇超声波清洗２次，每次３分钟；（９）高纯度酒精超声波清洗２分钟；（１０）用洁净氮气吹去基板表面液珠；（１１）１２０℃烘烤１０ 分钟；第二步：制备Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体薄膜Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］蒸发源材料采用烧结方法制备：将Ａｓ和Ｓ按莫尔数配平，放入桶式高温电炉中加温至８００℃熔融并保温１０小时，自然冷却结成固块，充分捣碎后用作真空镀膜蒸 发源；采用真空镀膜技术将Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体薄膜制备在基板上表面，镀膜过程中基板温度控制在８０℃以下，膜厚控制在０．２～１０微米之间；第三步：选择性光辐照制备有Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体薄膜的基板表面的 上方置有掩模板，掩模板透光部分采用直线或曲线形式的条形图案，透光图案的线宽范围在１～２０微米之间，辐照光波的波长不大于４４２ｎｍ，辐照光波沿掩模板上表面法线方位、由上至下照射，光波通过掩模板的条形透光部分对Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体薄膜进行选择性光辐照，光照部分的折射率增加，形成与掩模板的条形透光图案形状相同的Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体条状波导；第四步：结束光辐照遮断辐照光，光辐照结束，撤去掩模板，得到Ａｓ↓［２］Ｓ↓［８］非晶态半导体条状波导 。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈抱雪，邹林儿，王健，陈林，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]