Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
1) после серии отжигов в течение 1 ч с возрастанием температуры от 265 до 350 °С, т.е. до некоторой То, величина Апе, ширина ступеньки d профиля Апе и площадь S под кривой Дл/х) не только не уменьшаются, но даже увеличиваются. Увеличение Апе и d составляло 3...5 раз. Профиль Дп/х) при этом сохраняет форму ступеньки;
2) при Т > То ступенька Апе(х) переходит в кривую Гаусса, типичную дня диффузионных процессов. Величина Апе понижается, а площадь 5 с ростом температуры отжига не меняется. Это означает, что при Т > То имеется прямая зависимость Апе от концентрации протонов в волноводном слое.
Рост Апе и d с ростом Т до То объясняется [98] тем, что в волноводных слоях при температуре Т < То развивается p-фаза и поведение определяется изменением показателя преломления в этой фазе. Превышение температуры отжига над То (или повышение его длительности) размыяает концентрационный профиль Сн(х) настолько, что Сн становится меньше нижнего предела существования p-фазы. Структура слоя переходит в а-фаз у (твердый раствор Н+ в LiTaCh), где Апе пропорционально величине Сн и Апе с ростом температуры отжига 14 - 368 401
П, мкм/и
Рис. 18.17. Температурная зависимость эффективного коэффициента диффузии протонов D(T) [99]
начинает размываться и уменьшаться, как и Сн(х). Важно отметить, что величина Дпе зависит от стехиометрии подложки, возрастая с ростом концентрации Li20.
18.3. ПОЛУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ
С ПОМОЩЬЮ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
Имплантация ионов - наиболее универсальный метод, пригодный для получения оптических волноводов практически в любых оптических материалах. Действительно, такой достаточно хорошо отработанный для ниобата лития метод, как диффузия титана, встречается с большими трудностями при переходе к кристаллам, имеющим температуры Кюри меньшие (ЪлТаОз), чем температуры, необходимые для проведения процесса диффузии Гд. Совсем непригодным этот метод становится применительно к кристаллам, имеющим структурные фазовые переходы при температурах, меньших Гд (например, КЫЬОз [103]).
Методом ионной имплантации волноводы получены в совершенно различных кристаллах и аморфных материалах: в 1лМ>Оз [104 -108], 1лТаОз, Bi4Ge30i2, Ba2NaNbsOi5, итгрий-алюминиевом гранате [109], кварце и стеклах. Конечно, существуют различия воздействия ионных пучков на материалы, имеющие различный химический состав (например, на элементарные полупроводники, ионные оксидные и щелочно-галоидные кристаллы), на материалы с различной степенью раз упр яд о чения (аморфные и кристаллические материалы, кристаллы с различной степенью отклонения от стехиометрии).
Для понимания этих различий и результатов воздействия ионных пучков на поверхностные слои материалов следует рассмотреть характер тех изменений, которые вносят ионные пучки в структуру приповерхностных слоев кристаллов. Волноводные слои в кристаллах, и в частности в ионных кристаллах, получают главным образом с помощью имплантации легких ионов, например ионов гелия. Изменения, происходящие в кристалле, при имплантации этих ионов можно свести в три основные группы.
I. Ионизация ионов матрицы. Ионизация в результате резонансной передачи энергии от пролетающей частицы электронам структурных единиц матрицы происходит тогда, когда скорости электронов на атомных орбиталях и частицы близки друг другу, т.е. ионизация вызывается быстрыми частицами, частицами, которые, попав в мишень (подложку), еще не успели затормозиться. Поэтому процессы, вызванные ионизацией, проходят в слоях, находящихся вблизи поверхности мишени. Ионизация приводит к возникновению электронных центров, центров окраски и влияет на все те свойства кристалла, которые определяются существованием или изменением состояния электронных центров (электропроводность, окраска, фото-
402
Рис. 18.18. Различие влияния электронной ионизации (сплошная линия) и образования дефектов атомной структуры (пунктирная линия) для частиц, имеющих различную энергию [110]
рефракция и т.д.). При имплантации ионов Не+ ионизация является основным механизмом торможения при энергиях атомов гелия порядка 1 МэВ [110].
Одним из важнейших результатов ионизации является перераспределение зарядов с возникновением электрических полей, что влияет на процессы переноса атомных дефектов и, следовательно, на форму концентрационного профиля и профиля показателя преломления в волноводных слоях.
II. Нарушение атомной структуры и образование дефектов в атомной подсистеме происходит в более глубоких слоях подложки. Атомные нарушения являются основным механизмом торможения имплантируемых ионов, когда их скорость уже снижена ионизацией до значений, соизмеримых со скоростями колебательного движения атомов. Следовательно, возникновение дефектов атомной структуры является основным механизмом торможения частиц в более глубоких слоях мишени, чем ионизация. Различие вкладов процессов ионизации и образования атомных дефектов частиц, имеющих различную энергию, схематически показан на рис. 18.18. Образование дефектов структуры является основным механизмом влияния имплантации ионов на рефрактивные свойства материалов.
