鈮酸鋰的載流子調(diào)控及異質(zhì)結(jié)的研究.pdf

1、以光子作為信息載體的集成光學(xué)具有更快的速度、更短的波長、更大的傳遞信息和處理信息的能力。把有源-無源光學(xué)元件集成在同一襯底上的單功能集成光路或與電學(xué)元件結(jié)合的混合集成光路，有利于制備體積小、性能穩(wěn)定可靠、效率高、功耗低、使用方便的集成光學(xué)或光電子學(xué)系統(tǒng)，是集成光學(xué)的發(fā)展趨勢。鈮酸鋰(LiNbO3，LN)是一種優(yōu)良的鐵電晶體，具有電光、聲光、熱電、壓電、光生伏打和光折變等眾多優(yōu)異的性能，是集成光學(xué)系統(tǒng)常用的基質(zhì)材料，被譽為“光學(xué)硅”。目前

2、，鈮酸鋰在表面波濾波器、光波導(dǎo)、限制器、倍頻轉(zhuǎn)化、電光調(diào)制器、全息存儲和光參量振蕩器等方面有廣泛的應(yīng)用及前景。但是，以上應(yīng)用均屬于無源器件，由于電阻大、帶隙寬以及缺少穩(wěn)定的強(qiáng)p型電導(dǎo)，鈮酸鋰在有源器件方面的應(yīng)用受到了限制。如果能夠制備LN有源器件，則可以實現(xiàn)LN基有源-無源光電器件的高度集成，為集成光電子學(xué)奠定堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。
　　本論文針對LN實際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，以提高電導(dǎo)率、制備p型LN和降低帶隙為目標(biāo)，開展了系列的研究工作

3、。論文主要內(nèi)容包括以下幾個部分:
　　第一章，緒論。介紹了論文的研究背景。對鐵電晶體、鐵電薄膜、LN晶體的相關(guān)知識進(jìn)行了簡要介紹;并給出了論文的工作安排。
　　第二章，鈮酸鋰電導(dǎo)率的提高及LN∶Fe/Si異質(zhì)結(jié)。采用直拉法分別生長了摻Fe1.0wt％、3.0wt％和5.0wt％的LN晶體(標(biāo)記為LN∶Fe1、LN∶Fe3和LN∶Fe5)，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜量的提高，晶體的吸收邊大幅紅移，其中LN∶Fe5晶體在測試精度內(nèi)不僅將可見-

4、紫外光全部吸收，而且對1100nm附近的紅外光也有強(qiáng)烈的吸收;此外，高摻鐵LN晶體的電導(dǎo)率較同成分LN提高了6-7個數(shù)量級，提出Fe2+到Fe3+的離子反應(yīng)可能是高摻鐵LN高光電導(dǎo)率的主要原因，而Fe2+與毗鄰的Fe3+之間的電子遂穿效應(yīng)則是暗電導(dǎo)提高的主要原因。選取LN∶Fe5晶體為靶材，利用脈沖激光沉積技術(shù)在單晶Si片上制備了LN∶Fe/Si異質(zhì)結(jié)，該異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出良好的整流特性，正向開啟電壓為2.9V，反向擊穿電壓為6.0V，進(jìn)一步

5、深入分析得出該異質(zhì)結(jié)正向?qū)щ姍C(jī)制為空間電荷限制電流，反向主要導(dǎo)電機(jī)制為雪崩擊穿。
　　第三章，摻氮鈮酸鋰薄膜及p-LN∶N/n-Si異質(zhì)結(jié)。采用激光脈沖沉積配備射頻等離子體裝置(PLD-RF)分別在藍(lán)寶石與單晶Si襯底上生長了摻氮鈮酸鋰(LN∶N)薄膜。藍(lán)寶石襯底上的LN∶N薄膜沿(006)方向擇優(yōu)生長，在可見光區(qū)的吸收較同成分LN有了大幅的提高，XPS測量結(jié)果顯示薄膜中氮的原子百分比為2.04％，XPS能譜分析表明N可能占據(jù)LN

6、中的氧位，并在禁帶中引入了雜質(zhì)能級(2.7eV); Si襯底上生長的LN∶N薄膜在霍爾效應(yīng)測量中呈現(xiàn)p型電導(dǎo)，電導(dǎo)率較同成分LN提高了十個量級，XPS結(jié)果顯示薄膜中氮的原子百分比為0.87％，在LN晶格中占氧位。并且LN∶N/Si異質(zhì)結(jié)具有良好的p-n整流特性，其正向偏壓的導(dǎo)電機(jī)制為空間電荷限制電流機(jī)制，反向偏壓的導(dǎo)電機(jī)制為修正的肖特基限制電流機(jī)制。
　　第四章，[LiNbO3]1-x[BaNi1/2Nb1/2O3-σ]x的合成及

7、其物性研究。采用高溫固相法制備了[LiNbO3]1-x[BaNi1/2Nb1/2O3-σ]x，XRD圖譜顯示樣品中出現(xiàn)了新物相;樣品的帶隙較同成分LN有大幅變窄且變窄程度隨著x值與燒結(jié)時間的增加而增大，此現(xiàn)象在陶瓷樣品中尤為明顯;同時樣品在550-900nm附近出現(xiàn)了寬幅吸收帶;估算x=0.3時樣品的禁帶寬度約為2.3eV，較同成分LN的帶隙(～3.9eV)大幅減小。
　　第五章，總結(jié)與展望。對本論文的主要工作做了總結(jié)歸納，并對今