[发明专利]在硅衬底上生长通过结晶光学膜氢化而在红外光谱中可选地具有极小光损耗的结晶光学膜的方法

说明书

一种能够在硅和其他衬底上生长厚化学计量结晶且优选地IR透明光学PCMO材料的工艺。在无氧惰性气体(例如，Ar)环境中进行溅射沉积，这有助于防止衬底上的PCMO材料分解。在所公开的工艺中，不需要在PCMO沉积之前增加籽晶层。此外，不需要在高温高压氧气炉中进行沉积后退火，但是退火提供了在提高红外波长下透明度方面的某些额外益处。在高温(≤450℃)衬底上PCMO厚膜的较长沉积时间内，通过以高温沉积PCMO材料并在每次沉积循环之后将PCMO沉积衬底冷却到显著更低的温度(＜450℃)的重复循环来进行PCMO沉积。如果在氢气环境中进行退火，这将使得PCMO膜氢化，从而产生在整个IR范围内具有极少光学损耗(即，光学消光系数k＜0.001)的PCMO膜。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年5月20日提交的、名称为“Method to Grow Thick CrystallineOptical Films on Si Substrates(在硅衬底上生长结晶光学厚膜的方法)”的美国临时专利申请No.63/027,849的权益，其公开内容通过引用并入本文。

本申请还要求2020年5月20日提交的名称为“Method to Grow IR OpticalMaterials with Extremely Small Optical Loss(生长具有极小光损耗的红外光学材料的方法)”的美国临时专利申请No.63/027,847的权益，其公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及2019年3月7日提交的名称为“Electrically ReconfigurableOptical Apparatus Using Electric Field(采用电场的电可重构光学装置)”的美国专利申请No.16/296,049，其公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及2020年5月20日提交的名称为“Solid State ElectricallyVariable-Focal Length Lens(固态电动可变焦距透镜)”的美国临时专利申请No.63/027,838，其公开内容通过引用并入本文。

本申请还涉及2020年5月20日提交的名称为“Solid State ElectricallyVariable Optical Wedge(固态电动可变光楔)”的美国临时专利申请No.63/027,841，其公开内容通过引用并入本文。

本申请还涉及2020年5月20日提交的名称为“Solid State Tip-Tilt PhasedArray(固态倾斜相控阵)”的美国临时专利申请No.63/027,844，其公开内容通过引用并入本文。

关于联邦政府资助的研发的声明

本发明是依据美国政府合同NRO000-18-C-0102而构思的，因此美国政府可能拥有本发明的某些权利。

技术领域

本文描述了在硅衬底上生长结晶光学膜：相变关联过渡金属氧化物(Phase-Change Correlated Transition Metal Oxides,PCMO)的新方法，这些PCMO优选地是红外(IR)透明的。

背景技术

在现有技术中，通过(1)锂离子嵌入和(2)Pt(铂)辅助质子嵌入来获得在红外(IR)光谱中具有60％至90％光学透射率的镍酸钐(SmNiO₃)(SNO)薄膜(lμm至9μm)。参见Z.Li、Y.Zhou、H.Qi等人的“Correlated Perovskites as a New Platform for Super-Broadband-Tunable Photonics(关联钙钛矿作为超宽带可调光子学的新平台)”AdvancedMaterials，28,9117(2016)，其公开内容通过引用并入本文。