ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Современное состояние исследований по кинетике реактивного ионного травления
6
тонкопленочного ниобата лития во фторсодержащей плазме (Литературный обзор) 11
1.1 Интегрально-оптические волноводы. Общие аспекты . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Структура и свойства объемного ниобата лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Диффузионные технологии изготовления волноводов на ниобате лития . . . . 14
1.4 Высококонтрастные волноводы на ниобате лития . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 Плазменные технологии формирования профиля высококонтрастных волново
дов на ниобате лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.1 Классификация процессов плазменного травления . . . . . . . . . . . . 18
1.5.2 Особенности кинетики плазменного травления ниобата лития . . . . . . 20
1.5.3 Структура и свойства LiF, образующегося на поверхности ниобата ли
тия в ходе травления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.5.4 Характер изменения кинетики реактивного ионного травления ниобата
лития после модификации методом протонного обмена . . . . . . . . . . 26
1.6 Особенности протекания топохимических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.7 Анализ технологии управляемого скола (SmartCut) . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.8 Выводы по главе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2 Методы исследования структуры и свойств изучаемого ниобата лития
38
2.1 Описание изучаемых образцов. Методика подготовки образцов . . . . . . . . . 38
2.2 Модификациякристаллическойструктурытонкопленочного ниобата лития ме
тодом протонного обмена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3 Описание экспериментальной установки плазменной обработки Этна-100 . . . 40
2.4 Метод спектральной рефлектометрии тонких пленок . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.5 Метод сканирующей электронной микроскопии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6 Методыисследования химического и элементного состава поверхности ниобата
лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6.1 Рентгеновская энергодисперсионная спектроскопия . . . . . . . . . . . . 45
2.6.2 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия . . . . . . . . . . . . . . 47
2.7 Рентгенографический метод исследования дислокационной структуры изучае
мого ниобата лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.8 Метод модовой спектроскопии для оценки степени замещения Li на H после
протонного обмена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3
56
3 Оригинальные методики исследования особенностей кинетики реактивного ионного
травления тонкопленочного ниобата лития
3.1 Методика определения длительности индукционного периода топохимической
реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.2 Модифицированный метод ямок травления для выявления дислокаций в тон
копленочном ниобате лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 Методика исследования пространственного распределения дислокаций в тон
копленочном ниобате лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4 Методика исследования зависимости длительности индукционного периода от
скорости реактивного ионного травления и плотности дислокаций . . . . . . . 64
3.5 Методика исследования влияния модификации структуры тонкопленочного
ниобата лития методом протонного обмена на кинетику реактивного ионного
травления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4 Исследованиефизико-химическихособенностей кинетики реактивного ионного трав
ления тонкопленочного LiNbO3 в плазме газовой смеси SF6Ar
4.1 Изменение скорости реактивного ионного травления при вариации параметров
66
процесса (Модельное представление, первый блок) . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2 Экспериментальное исследование закономерностей изменения скорости реак
тивного ионного травления тонкопленочного ниобата лития в зависимости от
параметров плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2.1 Зависимость скорости реактивного ионного травления от суммарного
потока газа в рабочей камере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.2.2 Зависимость скорости реактивного ионного травления от давления в
камере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.2.3 Зависимость скорости реактивного ионного травления от процентного
содержания SF6 в газовой смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.4 Зависимость скорости реактивного ионного травления от мощности на
ICP источнике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.2.5 Зависимость скорости реактивного ионного травления от от мощности
на CCP источнике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3 Обсуждение результатов экспериментов по исследованию закономерностей из
менения скорости реактивного ионного травления тонкопленочного ниобата
лития в зависимости от параметров процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4
4.3.1 Зависимость скорости реактивного ионного травления от суммарного
потока газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3.2 Зависимость скорости реактивного ионного травления от давления в
камере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3.3 Зависимость скорости реактивного ионного травления от процентного
содержания SF6 в газовой смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.3.4 Зависимость скорости реактивного ионного травления от мощностей на
ICP и CCP источниках плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.4 Промежуточные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.5 Механизм вторичной конденсации LiF на поверхности LiNbO3 (Модельное
представление, второй блок) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.6 Исследование дислокационной структуры тонкопленочного LiNbO3 . . . . . . 93
4.6.1 Рентгенографические исследования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.6.2 Метод ямок травления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.6.3 Исследование пространственного распределения дислокаций в тонко
пленочном ниобате лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.6.4 Обсуждение результатов по исследованию дислокационной структуры
тонкопленочного ниобата лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.7 Исследование влияния скорости реактивного ионного травления и плотности
дислокаций на длительность индукционного периода топохимической реакции 98
4.7.1 Результаты экспериментов по изучению влияния скорости реактивного
ионного травления на длительность индукционного периода топохими
ческой реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.7.2 Результаты экспериментов по изучению влияния плотности дислокаций
на длительность индукционного периода топохимической реакции . . . 100
4.7.3 Обсуждение результатов экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.8 Исследование влияния протонного обмена на кинетику реактивного ионного
травления тонкопленочного ниобата лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.8.1 Результатыэкспериментов по исследованию влияния протонного обмена
на кинетику реактивного ионного травления тонкопленочного ниобата
лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.8.2 Обсуждение результатов экспериментов по исследованию влияния про
тонного обмена на кинетику реактивного ионного травления тонкопле
ночного ниобата лития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5
110
5 Применение метода реактивного ионного травления для формирования профиля
высококонтрастных волноводов фотонных интегральных схем
5.1 Формированиепрофиляинтегрально-оптических волноводов методом реактив
ного ионного травления, протекающего в рамках индукционной стадии топо
химической реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.2 Влияние микроканавок, образующихся в процессе реактивного ионного трав
ления тонкопленочного ниобата лития, на оптические характеристики волно
водных структур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.3 Анизотропное травления тонкопленочного ниобата лития методом реактивного
ионного травления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Заключение
Основные результаты диссертации опубликованы в работах
Благодарности
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
122
124
127
128
130
143
144
