[发明专利]铌酸锂薄膜超晶格的制备方法

说明书

本申请提供一种铌酸锂薄膜超晶格的制备方法，包括：1)制备套刻标记；2)根据套刻标记，在x切的铌酸锂薄膜表面制备周期性叉指电极结构；3)在光刻好的叉指电极结构上镀金属电极；4)去除光刻胶，得到周期性叉指电极；5)在一侧叉指电极上接入电极正极，另一侧叉指电极接地，施加电场，使得叉指电极之间畴翻转，去除电极，得到第一周期性畴翻转结构；6)将套刻标记向右平移一个周期的距离，重复步骤2)～5)，得到第二周期性畴翻转结构；7)重复执行步骤6)，直至得到的所有畴翻转结构之间的间距相等，完成制备。采用前述的方案，采用多次套刻，多次电场极化，在x切的铌酸锂薄膜表面制备周期性的电极，制备出畴壁与z轴垂直的畴结构。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种铌酸锂薄膜超晶格的制备方法。

背景技术

铌酸锂(LiNbO₃，LN)的超晶格结构(即铌酸锂超晶格)是一种非常重要的非线性光学晶体材料，是实现光频率转换、光参量转换领域的首选材料。铌酸锂超晶格具有诸多优势，首先可以利用晶体的最大非线性系数；其次畴结构设计非常灵活，可以满足不同应用场景下的需求。铌酸锂的超晶格结构是由铌酸锂晶体发生畴翻转实现的，在铌酸锂晶体中，自发极化方向即畴翻转的改变时，通过Nb原子和Li原子在O原子形成的晶格中相对位置的改变而实现的，因此我们可以通过电场来改变自发极化方向，从而实现周期性的自发极化方向改变，制备成铌酸锂超晶格。

目前，室温极化技术已成为超晶格制备方法中发展最成熟和应用最广泛的技术。室温极化是将把导体加工工艺半引入到光学超晶格的制备中，将需要反转的畴结构设计成图形做在光刻掩模版上，通过光刻、镀膜、刻蚀等半导体加工工艺将图形对应地转换为基质材料表面的电极，并且在电极之间填充绝缘介质，再施加高压电场使铁电畴按照设计的图形进行反转，从而得到超晶格结构。室温极化技术把对非线性材料功能的设计转化为更灵活的平面结构设计，并且，采用这种方法可以制备晶圆级别的畴结构，能够满足大规模应用的需要。因此，室温极化技术也被广泛应用于制备铌酸锂超晶格。

现有技术中在利用室温极化技术制备铌酸锂光学超晶格时，通常是在z切的铌酸锂晶片表面制备周期性电极，再施加电场制备。但是制备出的畴结构畴壁只能与z轴方向平行，而在一些特殊的非线性光学领域，需要用到畴结构畴壁与z轴方向垂直的超晶格结构，因此，目前的制备方法不能满足上述需求。

发明内容

本申请提供了一种铌酸锂薄膜超晶格的制备方法，以解决现有技术制备出的畴结构畴壁只能与z轴方向平行，无法制备出畴结构畴壁与z轴方向垂直的超晶格结构限制了其应用的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种铌酸锂薄膜超晶格的制备方法，包括：

1)制备套刻用的套刻标记；

2)根据套刻标记，采用光刻法在x切的铌酸锂薄膜表面制备周期性叉指电极结构，其中，每两个叉指电极结构之间间隔一个周期，叉指与铌酸锂z轴垂直；

3)在光刻好的叉指电极结构上镀上一层金属电极；

4)去除光刻胶，得到周期性叉指电极；

5)在一侧叉指电极上接入电极正极，另一侧叉指电极接地，然后施加电场，使得叉指电极之间畴翻转，然后去除电极，得到第一周期性畴翻转结构；

6)将套刻标记向右平移一个周期的距离，重复步骤2)～5)，得到第二周期性畴翻转结构；

7)重复执行步骤6)，直至得到的所有畴翻转结构之间的间距相等，完成制备。

结合第一方面，在一种实现方式中，步骤1)中所述套刻标记的制备方法包括：

在样片上采用紫外光光刻的方法制备套刻标记光刻胶图形；

在光刻好的结构上镀上一层不易去除的30nm-300nm厚的金属；