[发明专利]一种用于全光器件的Ge-Sb-Se非晶薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子学领域，尤其是涉及一种用于全光器件的Ge-Sb-Se非晶薄膜的制备方法。

背景技术

光子代替电子作为信息的载体是历史发展的必然趋势，但现阶段光信息处理的核心仍然依赖于微电子技术。光电信号转换能力的滞后和电子线路速度的限制已成为信息传输容量的瓶颈，因此，当务之急是要开发新型光器件以推动光信息处理进入全光时代。然而，随着非线性光学的研究逐渐由基础转向应用，利用非线性波导制成的全光器件将在未来光通信领域中起着举足轻重的作用。近年来，Ge-Sb-Se非晶薄膜在光波导器件上的应用备受关注。该类材料具有极高的三阶非线性系数，适中的双光子吸收，而且由于其可以忽略的自由载流子吸收可以得到超快的响应时间，因而成为超高速全光通信器件的理想材料。

磁控溅射是目前应用最广泛的一种溅射沉积方法，它是在二极直流溅射的基础上，在靶表面附近增加一个磁场。电子由于受电场和磁场的作用，做螺旋运动，大大提高了电子的寿命，增加了电离产额，从而放电区的电离度提高，即离子和电子的密度增加。放电区的有效电阻变小，电压下降。另外放电区集中在靶表面，放电区中的离子密度高，所以入射到靶表面的离子密度大大提高，因而溅射产额大大增加。磁控溅射技术是目前公认成熟的镀膜工艺，常用于工业化大规模生产，然而由于大尺寸Ge-Sb-Se玻璃靶材在溅射镀膜过程中易损坏等缺点，使溅射技术在该领域不能广泛应用。

目前Ge-Sb-Se非晶薄膜的制备主要依靠真空热蒸发法技术，该方法制备非晶薄膜具有设备简单、操作方便、成膜面积大等特点，但也存在致密性差，组分偏差不可控等不足，尤其是在室温沉积条件下，薄膜与衬底之间的附着力较差，这严重影响了后期的波导加工以及光器件的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低，工艺可控性强，且易于工业化大规模生产的用于全光器件的Ge-Sb-Se非晶薄膜的制备方法，该Ge-Sb-Se非晶薄膜组分偏差小、附着强度高、膜质均匀致密。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种用于全光器件的Ge-Sb-Se非晶薄膜的制备方法，采用纯度为5N的高纯圆块状Ge_xSb_ySe_1-x-y（其中0<x≤0.38,0.05<y≤0.3）玻璃作为靶材，采用磁控溅射装置，以高纯氩气为溅射工作气体，采用石英片或硅片为衬底材料进行表面沉积，具体步骤如下：

（1）在Ge_xSb_ySe_1-x-y（其中0<x≤0.38,0.05<y≤0.3）圆块状玻璃靶材背面，完全贴合一块与玻璃靶材直径相同，厚度为1mm的铜片，制得磁控溅射镀膜靶材；解决靶材在溅射过程中散热而导致的靶材碎裂问题；

（2）将衬底材料放入浓硫酸与双氧水的混合溶液中，超声清洗15分钟，然后放入无水乙醇中超声清洗15分钟，最后用去离子水多次超声清洗，取出后用5N级氮气吹干，放入溅射腔室，其中浓硫酸与双氧水混合体积比为1:4；

（3）将溅射腔室进行抽真空直至溅射腔室内真空度达到2×10^-4Pa以下时，向室内充入氩气至真空度为3×10^-2Pa，然后开启考夫曼离子枪，轰击衬底材料表面3分钟，对衬底材料进行等离子体清洗；

（4）继续向溅射腔室内充入氩气，控制溅射腔室内的工作气压为0.05Pa-3Pa，开启射频电源，待辉光稳定后，调节射频功率20W-60W，预溅射10分钟；

（5）将衬底材料移至溅射靶位正上方，开启衬底转盘自转并将自转速率设定为5rpm，溅射沉积Ge-Sb-Se薄膜，沉积2-3小时后，制得Ge-Sb-Se非晶薄膜。

步骤（4）中所述的工作气压为0.26Pa，射频功率45W。

步骤（5）溅射沉积结束后，向所述的溅射腔室内缓慢地充入5N级氮气破除真空后，从溅射腔室内取出Ge-Sb-Se非晶薄膜。