用于平面光波导的Ge20Sb15Se65薄膜光敏机理研究【文献综述】.docVIP

毕业设计文献综述 通信工程 用于平面光波导的Ge20Sb15Se65薄膜光敏机理研究 摘 要：光电信号转换能力的滞后和电子线路速度的限制，成为了信息传输的制约因素，所以必须要进行新型光器件的开发，硫系玻璃薄膜具有光敏性和高非线性的特点对新型光器件的开发起到了理论指导。硫系薄膜在不同波段和强度的激光辐照下其能带和折射率会发生变化，即光致结构变化。以Ge20Sb15Se65薄膜做为实验对象，对辐照前后硫族元素的价态和结构缺陷情况的研究，用拉曼光谱测试仪测试比较Ge20Sb15Se65薄膜在光诱导前后薄膜结构的变化，从而完善硫系薄膜的光敏机理。 关键字：Ge20Sb15Se65薄膜;光致结构变化;光敏性 引言 硫系薄膜在光的作用下会出现许多现象，如光致暗化、光致漂白、光致结晶、光掺杂、光致二阶非线性现象等，导致这些现象产生的原因可能是光致结构变化所致[1]。硫系薄膜中所出现的一些光致效应已成功应用于现代微电子和光电子领域的各个方面。近年来，人们对一些硫系薄膜的光致效应虽已研究较多，但对其产生机理至今仍不是十分清楚。此外，由于硫系薄膜的折射率较高，研究其光致结构变化性质，对探索新型非线性光学材料，满足光电子器件发展的需要，也具有重要的意义。 一、背景 1.1、硫系薄膜光敏性的应用 新型光器件的开发关键在于新材料和新技术的运用。国际权威期刊 Nature-Materials将硫系玻璃薄膜誉为多功能光器件的理想材料[2]，其优势在于硫系薄膜具有独特的光敏性。利用光致折射率变化的性质可以激光直写光波导，制备表面光栅、集成布拉格光栅和二维光子晶体等集成光学器件。基于以上特点， 《Optical Express》 、 《Optical Letter》等刊物近几年相继发表了数十篇硫系薄膜波导制备及其在光器件应用的研究报道。如 2004 年 Y.Ru a n 等人[3]制备不同商用硫系玻璃（As2S3、As40S45Se15、As24S38Se38）作为膜层材料的脊型单模波导，研究不同基质薄膜和波导结构下1.55μm激光波长的传输特性；2007年S. J. Madden等人制备的 As2S3薄膜波导，成功应用于全光2R再生[4]。 2009年F.Luan等人基于As2S3薄膜波导实现了可应用于40Gb/s速率、转换带宽高达 80nm的波长转换器 [5]。 1.2、硫系薄膜光敏性研究的发展趋势 硫系薄膜由于结构较韧，容易发生结构变化，因此在光辐照等外界条件下，可以观察到较大的非线性行为。F.Michelotti等人[6]利用Z扫描技术研究了硫系As2S3薄膜的非线性光学行为，实验发现As2S3薄膜中的非线性效应是由于光致结构变化而使折射率发生较大的可逆变化所致。研究薄膜在不同波段和强度的激光辐照下其能带和折射率的变化规律，并研究辐照前后硫族元素的价态和结构缺陷情况，建立微观结构和宏观性能之间的内在联系，并进一步比较薄膜在光诱导响应过程中性能变化的差别[7]。研究光诱导响应的稳定性，在将来的研究中主要考察退火工艺对形成光致结构变化的薄膜的影响，比较退火前后结构的变化。重点研究硫系薄膜低带隙能量（如通信波段）的激光源辐照下，形成光诱导响应前后的薄膜结构的变化，完善硫系薄膜的光敏机理。 国内外研究现状 用激光辐照，会导致硫系非晶半导体样品的光致结构变化，这些变化包括密度[8]、流变学性质[9]、蚀刻行为[10]、金属光解容量[11]、电子传输[12]、光学性质[13]以及一些光致结晶和光致分解[14,15]方面。近些年来，人们对材料中的光致结构变化已经研究了许多，Owen等人和Tanaka曾对这些光致结构变化现象进行了总结。近些年来，对硫系玻璃薄膜的光存储性能人们己经研究了许多，并且在多方面已经进行了应用。早在1970年，硫系玻璃薄膜作为相变光盘的存储介质受到人们的广泛关注并进行了大量的研究。由于相变材料能被单一激光射线完全重写，因此在高性能光盘如DVD-RW方面有着很大的应用潜力[16]。 虽然近年来硫系薄膜光敏机理的研究得到了国内外众多学者的重视，并开展了大量的研究工作。但是我们也看出还有许多方面还未进行深入研究，因此这些工作都需要我们去进一步探索。 三、硫系玻璃光敏机理的研究方法 首先利用熔融-淬冷法进行Ge20Sb15Se65玻璃靶材的制备，熔融-淬冷法也称共熔法，是将基础玻璃料与掺杂物混合，干燥后高温熔融，再冷却成形或先熔制基础玻璃后再粉碎，与掺杂物混合，高温熔融后淬火，最后进行热处理。通过调节热处理的温度和时间来控制析出纳米颗粒的尺寸及分布；之后利用热蒸发工艺进行薄膜的沉积，热蒸发镀膜工艺具有成膜均匀度高，成膜速率快，制备工艺简单，易于操作等优点，常被采用与硫系薄膜的制备。 其次是进行激光辐照处理，通过用不同功率的