铌酸锂晶体畴结构的制备方法、光电器件技术

本发明专利技术涉及铁电畴制备技术领域，具体而言，涉及一种铌酸锂晶体畴结构的制备方法、光电器件。铌酸锂晶体畴结构的制备方法包括以下步骤：用施加了电压的导电探针扫描铌酸锂晶体表面形成畴结构，其中导电探针在铌酸锂晶体表面形成的电场强度大于等于铌酸锂晶体发生极化反转的阈值电场强度，铌酸锂晶体为非极性的X切向或非极性的Y切向的晶体。本发明专利技术提供的制备方法对样品结构无要求，无需底电极，且能够制备出任意图案且完整的畴结构。本发明专利技术还提供了一种包括上述制备方法制得的铌酸锂晶体畴结构的光电器件。结构的光电器件。结构的光电器件。

【技术实现步骤摘要】
铌酸锂晶体畴结构的制备方法、光电器件


[0001]本专利技术涉及铁电畴制备
，具体而言，涉及一种铌酸锂晶体畴结构的制备方法、光电器件。

技术介绍

[0002]铁电材料因为铁电极性的特点使得材料可以处于多畴状态，相邻畴的交界面称为畴壁。铌酸锂属于一种典型的铁电材料，其在声光效应、非线性光学效应和电光效应等方面有着优异特性，被称作“光子学硅”。铌酸锂晶体作为制备光波导、光学微腔等光子学器件的材料平台，使得其在下一代光电子芯片集成方面有着重要的应用前景。铌酸锂晶体室温下是自发极化强度最大的铁电材料之一，外电场作用下可调控其畴结构。
[0003]目前铌酸锂畴结构的制备方法众多，主要分为电致畴反转技术、电子束直写技术、光直写技术、光辅助电致畴反转技术等。通过空间周期性分布的外加电场可制备满足准相位匹配的周期极化结构(PPLN)，这类结构可保证基频光、倍频光在传输过程中相位不失配，达到二次谐波的高效输出。比如基于长周期(6μm～20μm)的PPLN可在红外波段范围内研究其光学参量过程，实现可调谐红外激光稳定输出、适用于光纤通信领域的全光信息宽带放大器或者频率转换器件等。而基于短周期(1μm～6μm)的PPLN可实现在可见光和近紫外波段的频率转换。此外，周期在亚微米量级的PPLN在集成光学、太赫兹波领域也有重要的应用。电致畴反转技术主要是在铌酸锂表面镀上金属薄膜或者利用导电液体作为电极在铌酸锂上形成与自发极化方向反向并高达矫顽场的电场进行畴反转。这种方法受到晶体对称性的制约往往难以制备任意形状的畴结构，且制备工艺繁琐。同时在极化过程中会出现横向展宽效应，难以精确控制畴结构的周期性条件，对加工工艺、极化条件等要求高，因此，难以制备出周期在亚微米量级的PPLN结构。虽然利用导电探针针尖电场极化在一定程度上可改善上述存在的问题，但这种方法仅适用于Z切铌酸锂单晶晶体，且需要添加底电极。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供了一种适用于非极性的X切向或Y切向的铌酸锂晶体畴结构的制备方法。
[0005]一种铌酸锂晶体畴结构的制备方法，包括以下步骤：
[0006]用施加了电压的导电探针扫描铌酸锂晶体表面形成畴结构，所述导电探针在所述铌酸锂晶体表面形成的电场强度大于等于所述铌酸锂晶体发生极化反转的阈值电场强度；
[0007]当施加于导电探针正压时，所述导电探针的扫描方向与所述铌酸锂晶体自发极化方向相同；
[0008]当施加于导电探针负压时，所述导电探针的扫描方向与所述铌酸锂晶体自发极化方向相反；
[0009]所述铌酸锂晶体为非极性的X切向或非极性的Y切向的晶体。
[0010]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，所述铌酸锂晶体为铌酸锂
晶体体材料或铌酸锂单晶薄膜；
[0011]优选的，铌酸锂单晶薄膜为Mg:LiNbO3薄膜。
[0012]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，施加于所述导电探针的电压值为30V～200V，或
‑
30V～
‑
200V。
[0013]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，所述畴结构为纳米畴结构、纳米周期性极化的畴结构、微米周期性极化的畴结构或亚微米周期性极化的畴结构。
[0014]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，所述畴结构为亚微米周期性极化的畴结构。
[0015]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，所述畴结构的尺寸为≥0.05μm。
[0016]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，所述铌酸锂晶体的厚度为100nm～800nm。
[0017]可选的，如上述所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，所述导电探针扫描的速度为5
×
10
‑4mm/s～1mm/s。
[0018]本专利技术一方面，还提供一种光电器件，其包括上述所述的制备方法制得的铌酸锂晶体畴结构。
[0019]可选的，如上述所述的光电器件，所述光电器件包括光波导器件或微盘腔器件。
[0020]本专利技术通过研究发现，在导电探针几百纳米范围内存在着高强度电场，且电场强度高于铌酸锂的矫顽场，从而能够实现非极性X切向或非极性Y切向铌酸锂铁电畴的反转。
[0021]而且相较于传统的畴结构制备方法，本专利技术所用的导电探针扫描制备畴结构的方法能够形成完整的、任意图案的畴结构，尤其是能够实现在非极性切向铌酸锂晶体中制备亚微米周期畴结构。另外，该方法适用于多种结构的非极性切向铌酸锂晶体，且对样品结构要求低，无需底电极或后期加工电极。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1中(a)为使用加正压后的导电探针在X切向铌酸锂单晶薄膜表面上制备畴结构的扫描方向示意图，(b)为使用加负压后的导电探针在X切向铌酸锂单晶薄膜表面上制备畴结构的扫描方向示意图(其中P
s
为铌酸锂晶体自发极化强度矢量)；
[0024]图2为本专利技术实施例1中采用原子力显微镜导电探针扫描制备的畴结构的示意图；
[0025]图3为利用加正压的原子力显微镜导电探针制备图2所示的畴结构的压电力显微镜相位图；
[0026]图4为利用加正压的原子力显微镜导电探针制备图2所示的畴结构的压电力显微镜振幅图；
[0027]图5为本专利技术实施例2中采用原子力显微镜导电探针扫描制备的畴结构的示意图；
[0028]图6为利用加负压的原子力显微镜导电探针制备图5所示的畴结构的压电力显微
镜相位图；
[0029]图7为利用加负压的原子力显微镜导电探针制备图5所示的畴结构的压电力显微镜振幅图；
[0030]图8为本专利技术实施例3中采用原子力显微镜导电探针扫描制备的畴结构的示意图；
[0031]图9为利用加负压的原子力显微镜导电探针制备图8所示的畴结构的压电力显微镜相位图；
[0032]图10为本专利技术实施例4中采用原子力显微镜导电探针扫描制备的畴结构的示意图；
[0033]图11为利用加负压的原子力显微镜导电探针制备图10所示的畴结构的压电力显微镜相位图；
[0034]图12为本专利技术实施例5中采用原子力显微镜导电探针扫描制备的畴结构的示意图；
[0035]图13为利用加负压的原子力显微镜导电探针制备图12所示的畴结构的压电力显微镜相位图；
[0036]图14为本专利技术实施例6中采用原子力显微镜导电探针扫描制备的畴结构的示意图；
[0037]图15为利用加负压的原子力显微镜导电探针制备图14所示的畴结构的压电力显微镜相位图；
[0038]图16为本专利技术实施例7中采用原子力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂晶体畴结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用施加了电压的导电探针扫描铌酸锂晶体表面形成畴结构，所述导电探针在所述铌酸锂晶体表面形成的电场强度大于等于所述铌酸锂晶体发生极化反转的阈值电场强度；当施加于导电探针正压时，所述导电探针的扫描方向与所述铌酸锂晶体自发极化方向相同；当施加于导电探针负压时，所述导电探针的扫描方向与所述铌酸锂晶体自发极化方向相反；所述铌酸锂晶体为非极性的X切向或非极性的Y切向的晶体。2.根据权利要求1所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，其特征在于，所述铌酸锂晶体为铌酸锂晶体体材料或铌酸锂单晶薄膜；优选的，铌酸锂单晶薄膜为Mg:LiNbO3薄膜。3.根据权利要求2所述的铌酸锂晶体畴结构的制备方法，其特征在于，施加于所述导电探针的电压值为30V～200V，或
‑
30V～
‑
200V。4.根据权利要求1所述的铌...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国权，钱月照，张子晴，许京军，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：