[发明专利]利用纳米硅和二氧化硅界面态来提高非线性光学性能的方法

摘要

利用纳米硅和二氧化硅界面态来提高非线性光学性能的方法，包括以下步骤；1）利用等离子体增强化学气相淀积技术在单晶硅衬底或者石英衬底制备非晶硅/二氧化硅交替的多层薄膜，非晶硅/二氧化硅的层数一般为4‑16层，通过控制非晶硅的生长时间及原位等离子氧化时间来控制非晶硅子层和二氧化硅子层的厚度；控制非晶硅子层和二氧化硅子层厚度，随后形成纳米硅量子点时获得尺寸和密度不同的材料；2）对非晶硅/二氧化硅多层薄膜进行热退火处理。本发明可以在较大范围增强非线性光学系数，还可以调控其非线性光学性能。

主权项

利用纳米硅和二氧化硅界面态来提高非线性光学性能的方法，其特征是包括以下步骤；1）利用等离子体增强化学气相淀积技术在单晶硅衬底或者石英衬底制备非晶硅/二氧化硅交替的多层薄膜，非晶硅/二氧化硅的层数一般为4‑16层，通过控制非晶硅的生长时间及原位等离子氧化时间来控制非晶硅子层和二氧化硅子层的厚度；等离子体增强化学气相淀积非晶硅子层：通过分解硅烷气体来沉积非晶硅子层，通过原位等离子氧化非晶硅子层来制备二氧化硅子层，氧化气体是99.999%高纯氧气 ；如此交替生长，最后制备得到非晶硅/二氧化硅多层薄膜，通过控制硅烷分解的时间以及等离子氧化的时间，来分别控制非晶硅和二氧化硅的厚度；单晶硅衬底或者石英衬底温度维持在250±5 ^oC；非晶硅生长时间从15秒到 40秒之间变化，氧化时间从60秒到120秒；控制非晶硅子层和二氧化硅子层厚度，随后形成纳米硅量子点时获得尺寸和密度不同的材料；2）对非晶硅/二氧化硅多层薄膜进行热退火处理；在退火前，首先要对样品进行脱氢处理，以防止薄膜在高温退火中破裂，脱氢时间为1小时，脱氢温度可以在350‑450^oC的范围内选择；其后在800^oC‑1000 ^oC的温度范围内对生长的样品进行30‑90分钟的后退火；随着退火温度的升高，非晶硅/二氧化硅多层薄膜中的硅量子点密度会随之增多，由于界面态是在纳米硅和二氧化硅之间形成的，因而界面态的密度会随着纳米硅密度的增多而增大，通过调节退火温度便会很好的调控非晶硅/二氧化硅多层薄膜中的界面态密度，进而实现材料的非线性吸收由反饱和吸收到饱和吸收特性的转变，同时也使材料的非线性折射从自散焦转变为了自聚焦特性；衬底进行预处理，即生长薄膜前先用氩气对单晶硅衬底或者石英衬底表面进行预处理，射频电源功率为50 W，时间为5 分钟；非晶硅生长时间从15秒到 40秒之间变化，氧化时间从60秒到120秒；随着非晶硅层厚度的减小，界面态密度会增大。