專利名稱：一種鐵電晶體材料的極化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵電晶體材料的后處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵電晶體材料的極化方法。
背景技術(shù)：
準相位匹配(QPM)技術(shù)是通過對晶體非線性極化率的周期性調(diào)制來補償由于折 射率色散造成的相互作用的光波之間的相位失配，以獲得非線性光學(xué)效應(yīng)的增強，即利用 非線性極化率的周期躍變來實現(xiàn)非線性光學(xué)頻率變換效率的增強。而鐵電晶體材料的極化 方法是制備周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體的關(guān)鍵技術(shù)，特別是小周期的周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是國內(nèi) 外研究的熱點之一，周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是非線性倍頻、和頻、差頻、光學(xué)參量振蕩應(yīng)用的 必需材料，廣泛應(yīng)用于軍事，激光，航天等技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)文獻 1 :"M. Yamada, N. Nada, Μ. Saitoh, and K. Watanabe, App 1. Phys. Lett., 1993(62) :435，，、文獻 2 “Shi-ning Zhu, Yong-yuan Zhu, Zhi-yong Zhang, Hong Shu, and Hai-feng Wang, Jing-fen Hong, and Chuan-zhen Ge, J. Appl. Phys. 1995(77) :1995，，中公 開報道的方法，利用外加脈沖電場可使鈮酸鋰或鉭酸鋰晶體實現(xiàn)周期性極化。但是考慮到 極化過程中疇橫向生長的合并，選擇二步或多步極化方法是較優(yōu)越的，而且能夠?qū)崿F(xiàn)厚度 大于5mm的鐵電晶體的小周期極化。利用周期極化反轉(zhuǎn)晶體，即鐵電疇反轉(zhuǎn)光柵進行準相位匹配，是近些年發(fā)展很快 的變頻技術(shù)中采用的新技術(shù)，用其制成的準相位匹配器件在光通信、光盤的讀寫、激光醫(yī)療 等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。1962年，Bloembcrgen等提出了這樣的設(shè)想如果能夠在一維線 度上對一材料的非線性極化率進行空間調(diào)制，使周期恰為入射光的相干長度，則不論材料 本身是否可以實現(xiàn)相位匹配，均可以利用這一空間調(diào)制實現(xiàn)相位匹配。這一設(shè)想可以在非 雙折射晶體及具有不能相位匹配非線性光學(xué)系數(shù)的雙折射非線性晶體中實現(xiàn)，并能產(chǎn)生一 系列重要的光學(xué)效應(yīng)和聲學(xué)效應(yīng)。自從這一設(shè)想提出，如何制備這種具有空間調(diào)制周期結(jié)構(gòu)的新型非線性光學(xué)材料 而實現(xiàn)準相位匹配，許多人都做了很大的努力。早期報道過利用GaAs片、石英片及LN片 實現(xiàn)了準相位匹配，但片數(shù)很少；還利用MBE生長了 GaAs-ALGaAs孿晶，但對其周期都無法 進行嚴格控制，故這一設(shè)想并未能實現(xiàn)。由于受到制備方法的限制，在實驗上的實現(xiàn)要晚的到目前為止，大周期尺寸的極化方法已趨于成熟，但是礙于鈮酸鋰晶體生長的均 勻性以及外加電場極化方法的限制，周期小于6μπι的周期極化方法還是很難實現(xiàn)，因此， 我們通過分步極化的方式來突破外加電場極化方法制備小周期的限制。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種鐵電晶體材料的極化方法，以解決制備小周期周期性和準周期周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體材料的問題，達到制備小周期周期性和準周 期周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體材料的目的。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種鐵電晶體材料的極化方法，該極化方法包括 兩步或多步，用于制備出小周期的周期性和準周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；其中，第一步是將高脈 沖電壓施加到該鐵電晶體材料上，實現(xiàn)大周期鐵電晶體極化，第二步是在第一步的基礎(chǔ)上 再極化一次，如果是多步極化，則第三步在第二步的基礎(chǔ)上再極化一次，依此類推直到制作 出所需要的周期。上述方案中，所述的鐵電晶體材料為鈮酸鋰，或為鉭酸鋰，或為KTP，或為其它鐵電 晶體材料。上述方案中，所述的小周期是微米量級，小于5微米。上述方案中，所述的周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是指其鐵電疇方向呈周期性變化。上述方案中，所述的高脈沖電壓是指其電場強度大于晶體的矯頑場強，其大小為 幾十Kv/mm。上述方案中，所述的第一步中所實現(xiàn)的大周期是指所要制備的小周期乘以極化步數(shù)。上述方案中，該方法還包括在準周期極化過程中進行分步極化。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種鐵電晶體材料的極化方法，可以實現(xiàn)小周期或準周期的周期 性極化疇反轉(zhuǎn)，可以解決極化過程中疇橫向生長合并問題，達到制備均勻的周期性極化鐵 電晶體的目的。2、本發(fā)明提供的這種鐵電晶體材料的極化方法，對任意鐵電材料都能夠?qū)崿F(xiàn)。3、本發(fā)明提供的這種鐵電晶體材料的極化方法，由于光刻工藝的成熟，易于實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明提供的極化鐵電晶體裝置的示意圖。圖2為本發(fā)明提供的鐵電晶體與光刻金屬電極連接的平視圖。圖3為本發(fā)明提供的兩步極化法中所利用的光刻金屬電極的俯視圖。圖4為兩步極化法中第一步極化后的鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)的示意圖。圖5為兩步極化法中第二步極化后的鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提供的鐵電晶體材料的極化方法，包括兩步或多步，用于制備出小周期的 周期性和準周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；其中，第一步是將高脈沖電壓施加到該鐵電晶體材料上， 實現(xiàn)大周期鐵電晶體極化，第二步是在第一步的基礎(chǔ)上再極化一次，如果是多步極化，則第 三步在第二步的基礎(chǔ)上再極化一次，依此類推直到制作出所需要的周期。
其中，所述的鐵電晶體材料為鈮酸鋰，或為鉭酸鋰，或為KTP，或為其它鐵電晶體材 料。所述的小周期是微米量級，小于5微米。所述的周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是指其鐵電疇方 向呈周期性變化。所述的高脈沖電壓是指電場強度大于晶體的矯頑場強，一般是幾十Kv/ mm。所述的第一步中所實現(xiàn)的大周期是指所要制備的小周期乘以極化步數(shù)。如圖1所示，圖1本發(fā)明提供的極化鐵電晶體裝置的示意圖，函數(shù)信號發(fā)生器發(fā)生 所需要的任意波形脈沖，經(jīng)過信號放大器放大脈沖信號并施加在鐵電晶體樣品上，示波器 檢測施加的脈沖信號電壓及通過電阻R的電流波形。如圖2所示，圖2為圖1中樣品示意圖，鐵電晶體表面是光刻后的光柵金屬電極。如圖3所示，圖3為圖2中所述的金屬光柵，兩步極化法中的第一步先使任意脈沖 波形連接圖2中金屬光柵的上部并極化，待極化完全后再使任意脈沖波形連接圖2中金屬 光柵的下部并極化。圖2中所述的金屬光柵上部與下部的周期相同，從2μπι到幾十個μπι均可?；趫D2和圖3所述的這種鐵電晶體極化方法，以下結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明 提供的一種鐵電晶體極化方法進行進一步詳細說明。實施例一本實例中，通過兩步極化得到周期為4. 2μπι的鈮酸鋰周期極化晶體，適用于波長 為850nm光波的倍頻輸出。1、先得到周期為8. 4μ m，極化占空比為25%的周期極化晶體。如附圖3中的第一 步所示，極化后的鐵電疇反轉(zhuǎn)如示意圖4所示。2、在1的基礎(chǔ)上進行第二步極化，如附圖3中的第二步所示，極化后的鐵電疇反轉(zhuǎn) 如示意圖5所示。3、在本實例中金屬電極的寬度及長度根據(jù)疇生長的規(guī)律以及實驗所需而定。實施例二本實例中的三步或多步極化法。只需將極化步驟變?yōu)槿交蚨嗖?，如果是三步?多步極化所需的光柵金屬電極就由三部分或多部分組成，每一步極化過程使高壓脈沖連接 光柵電極的一部分，直至所有的極化步數(shù)實施完。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，該極化方法包括兩步或多步，用于制備 出小周期的周期性和準周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；其中，第一步是將高脈沖電壓施加到該鐵電 晶體材料上，實現(xiàn)大周期鐵電晶體極化，第二步是在第一步的基礎(chǔ)上再極化一次，如果是多 步極化，則第三步在第二步的基礎(chǔ)上再極化一次，依此類推直到制作出所需要的周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，所述的鐵電晶體材 料為鈮酸鋰，或為鉭酸鋰，或為KTP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，所述的小周期是微 米量級，小于5微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，所述的周期性反轉(zhuǎn) 鐵電晶體是指其鐵電疇方向呈周期性變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，所述的高脈沖電壓 是指其電場強度大于晶體的矯頑場強，其大小為幾十Kv/mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，所述的第一步中所 實現(xiàn)的大周期是指所要制備的小周期乘以極化步數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電晶體材料的極化方法，其特征在于，該方法還包括在準 周期極化過程中進行分步極化。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體材料后處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種鐵電晶體材料的極化方法，包括兩步或多步，用于制備出小周期的周期性和準周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；其中，第一步是將高脈沖電壓施加到該鐵電晶體材料上，實現(xiàn)大周期鐵電晶體極化，第二步是在第一步的基礎(chǔ)上再極化一次，如果是多步極化，則第三步在第二步的基礎(chǔ)上再極化一次，依此類推直到制作出所需要的周期。利用本發(fā)明，可制作出均勻的小周期的周期性極化鐵電晶體。
文檔編號G02F1/35GK102122105SQ20111006212
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者王宇飛, 王海玲, 范學(xué)東, 鄭婉華, 馬傳龍, 馬紹棟 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所