Phân tích quá trình ăn mòn oxit perovskite sử dụng plasma khởi động bằng argon cho các ứng dụng quang học

Guanyu Chen1, Eric Jun Hao Cheung1, Yu Cao1, Jisheng Pan2, Aaron J. Danner1
1Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore, Singapore
2Institute of Materials Research and Engineering, A*STAR (Agency for Science, Technology and Research), Singapore, Singapore

Tóm tắt

Chúng tôi đã phân tích quá trình ăn mòn khô các oxit perovskite sử dụng plasma khởi động bằng argon (ICP) cho các ứng dụng quang học. Nhiều điều kiện trong buồng và sự ảnh hưởng của chúng đến tốc độ ăn mòn đã được chứng minh dựa trên lithium niobate (LN) kiểu Z-cut. Kết quả đo đạc là có thể dự đoán và lặp lại, có thể áp dụng cho các oxit perovskite khác, như LN kiểu X-cut và barium titanium oxide (BTO). Độ nhám bề mặt của cả LN và BTO đã được ăn mòn tốt hơn so với các mẫu ban đầu, như được xác nhận bởi phép đo vi mô bằng lực nguyên tử (AFM). Cả hai phương pháp quang phổ diện tử năng lượng (EDS) và quang phổ điện tử tia X (XPS) đã được sử dụng để so sánh thành phần hóa học bề mặt, cả định tính và định lượng, và không có sự thay đổi trạng thái bề mặt rõ rệt nào được quan sát theo các kết quả đo đạc. Một hướng sóng quang học được chế tạo bằng phương pháp ăn mòn ICP tối ưu bằng argon đã được đo có tổn thất -3.7 dB/cm gần bước sóng 1550 nm cho LN kiểu Z-cut, điều này xác nhận tính hiệu quả của phương pháp này trong ăn mòn oxit perovskite cho các ứng dụng quang học.

Từ khóa

#oxit perovskite #plasma khởi động bằng argon #ứng dụng quang học #lithium niobate #barium titanium oxide

Tài liệu tham khảo

Sun C, Wade MT, Lee Y, Orcutt JS, Alloatti L, Georgas MS, Waterman AS, Shainline JM, Avizienis RR, Lin S, Moss BR, Kumar R, Pavanello F, Atabaki AH, Cook HM, Ou AJ, Leu JC, Chen YH, Asanović K, Ram RJ, Popović MA, Stojanović VM (2015) Single-chip microprocessor that communicates directly using light. Nature 528(7583):534–538

Li M, Tang HX (2019) Strong Pockels materials. Nat Mater 18(1):9–11

Wang C, Zhang M, Chen X, Bertrand M, Shams-Ansari A, Chandrasekhar S, Winzer P, Lončar M (2018) Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at CMOS-compatible voltages. Nature 562(7725):101–104

Abel S, Eltes F, Ortmann JE, Messner A, Castera P, Wagner T, Urbonas D, Rosa A, Gutierrez AM, Tulli D, Ma P, Baeuerle B, Josten A, Heni W, Caimi D, Czornomaz L, Demkov AA, Leuthold J, Sanchis P, Fompeyrine J (2019) Large Pockels effect in micro-and nanostructured barium titanate integrated on silicon. Nat Mater 18(1):42–47

Eltes F, Mai C, Caimi D, Kroh M, Popoff Y, Winzer G, Petousi D, Lischke S, Ortmann JE, Czornomaz L, Zimmermann L, Fompeyrine J, Abel S (2019) A BaTiO3-based electro-optic Pockels modulator monolithically integrated on an advanced silicon photonics platform. J Light Technol 37(5):1456–1462

He M, Xu M, Ren Y, Jian J, Ruan Z, Xu Y, Gao S, Sun S, Wen X, Zhou L, Liu L, Guo C, Chen H, Yu S, Liu L, Cai X (2019) High-performance hybrid silicon and lithium niobate Mach-Zehnder modulators for 100 Gbit s−1 and beyond. Nat Photonics 13(5):359–364

Kar A, Bahadori M, Gong S, Goddard LL (2019) Realization of alignment-tolerant grating couplers for z-cut thin-film lithium niobate. Opt Express 27(11):15856–15867

Lu J, Surya JB, Liu X, Xu Y, Tang HX (2019) Octave-spanning supercontinuum generation in nanoscale lithium niobate waveguides. Opt Letters 44(6):1492–1495

Zhang M, Buscaino B, Wang C, Shams-Ansari A, Reimer C, Zhu R, Kahn JM, Lončar M (2019) Broadband electro-optic frequency comb generation in a lithium niobate microring resonator. Nature 568(7752):373–377

Chen JY, Tang C, Ma ZH, Li Z, Sua YM, Huang YP (2020) Efficient and highly tunable second-harmonic generation in Z-cut periodically poled lithium niobate nanowaveguides. Opt Letters 45(13):3789–3792

Okamoto K (2006) Fundamentals of optical waveguides, 2nd edn. Elsevier, Amsterdam

Fukuma M, Noda J (1980) Optical properties of titanium-diffused LiNbO3 strip waveguides and their coupling-to-a-fiber characteristics. Appl Opt 19(4):591–597

Li Y, Wang C, Yao Z, Kim HK, Kim NY (2014) Comparative analysis of barium titanate thin films dry etching using inductively coupled plasmas by different fluorine-based mixture gas. Nanoscale Res Lett 9:530

Werbowy A, Firek P, Chojnowski J, Olszyna A, Szmidt J, Kwietniewski N (2007) Barium titanate thin films plasma etch rate as a function of the applied RF power and Ar/CF4 mixture gas mixing ratio. Phys Status Solidi C 4(4):1578–1580

Cheng J, Yang H, Wang C, Combs N, Freeze C, Shoron O, Wu W, Kalarickal NK, Chandrasekar H, Stemmer S, Rajan S, Lu W (2020) Nanoscale etching of perovskite oxides for field effect transistor applications. J Vac Sci Technol 38(1):012201

Hou X, Wang X, Liu B, Wang Q, Luo T, Chen D, Shen G (2014) Hierarchical MnCo2O4 nanosheet arrays/carbon cloths as integrated anodes for lithium-ion batteries with improved performance. Nanoscale 6:8858–8864

Chen G, Yu Y, Zhang X (2016) A dual-detector optical receiver for PDM signals detection. Sci Rep 6:26469

Tong XC (2014) Characterization methodologies of optical waveguides. In: Advanced materials for integrated optical waveguides. Springer, Berlin, pp 53–102

Krasnokutska I, Tambasco JLJ, Li X, Peruzzo A (2018) Ultra-low loss photonic circuits in lithium niobate on insulator. Opt Express 26(2):897–904

Chen G, Yu Y, Zhang X (2015) Optical phase erasure and wavelength conversion using silicon nonlinear waveguide with reverse biased PIN junctions. IEEE Photonics J 7(5):7102808

Lee KK, Lim DR, Kimerling LC, Shin J, Cerrina F (2001) Fabrication of ultralow-loss Si/SiO2 waveguides by roughness reduction. Opt Lett 26(23):1888–1890

Siew SY, Cheung EJH, Liang H, Bettiol A, Toyoda N, Alshehri B, Dogheche E, Danner AJ (2018) Ultra-low loss ridge waveguides on lithium niobate via argon ion milling and gas clustered ion beam smoothening. Opt Express 26(4):4421–4430