專利名稱：一種制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體材料處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
所謂準(zhǔn)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(bǔ)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(qiáng)，即利用非線性極化率的周期躍變來實現(xiàn)非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換效率的增強(qiáng)。準(zhǔn)相位匹配技術(shù)只有在周期或準(zhǔn)周期極化晶體(介電體超晶格)中才能實現(xiàn)。周期極化晶體是指在介電晶體中引入可與經(jīng)典波(光波和聲波)波長相比擬的超晶格結(jié)構(gòu)，此種晶體也被稱為光學(xué)超晶格、聲學(xué)超晶格或微米超晶格。外加電場極化方法制備周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體，特別是制備周期性、準(zhǔn)周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)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(xiàn)1 "M. Yamada, N. Nada, M. Saitoh, and K. Watanabe, App 1. Phys. Lett. 1993 (62) :435”、文獻(xiàn) 2 “Shi-ning Zhu, Yong-yuan Zhu, Zhi-yong Zhang, Hong Shu, 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。周期性極化鈮酸鋰(PPLN)晶體是品質(zhì)優(yōu)良的用于頻率轉(zhuǎn)換的非線性晶體，它通光范圍大，非線性極化系數(shù)大，可以通過多種方式實現(xiàn)波長連續(xù)、寬范圍、高精度的調(diào)諧，而且可以人為地設(shè)計晶體的極化周期以獲得不同波段范圍內(nèi)的調(diào)諧。近幾年P(guān)PLN晶體質(zhì)量不論是在實驗室還是在商業(yè)上都取得了長足的進(jìn)步，國外晶體厚度從最初的0. 5mm發(fā)展到了商業(yè)上的3mm和實驗室中的5mm。由于國內(nèi)晶體擊穿閾值電壓的限制，PPLN晶體厚度一般為0. 5 1. 0mm。但是，為得到較大功率非線性效應(yīng)的產(chǎn)生，必須增大極化晶體的厚度，進(jìn)而增大其通光橫截面積。到目前為止，小厚度的周期、準(zhǔn)周期鈮酸鋰晶體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，在厚度一般大于2mm的大厚度晶體上實現(xiàn)外加電場周期性極化還很難實現(xiàn)。因此，本發(fā)明通過先極化后鍵合的方式來突破外加電場極化方法制備厚度大于2mm的大厚度周期極化晶體的限制。

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大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備方法，以制備出大厚度周期性和準(zhǔn)周期周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體材料。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，該方法包括在鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓，將該鐵電晶體材料極化為周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；以及對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合，完成大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備。上述方案中，所述在鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓，是在厚度為毫米量級的鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓。所述厚度大于2毫米。上述方案中，所述鐵電晶體材料為鈮酸鋰、鉭酸鋰或KTP。所述高脈沖電壓是指其電場強(qiáng)度大于晶體的矯頑場強(qiáng)，其大小為幾十kV/mm。所述周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是指其鐵電疇方向呈周期性變化的鐵電晶體。上述方案中，所述對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合，是對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體的正負(fù)ζ面進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合。所述鍵合是將同周期或不同周期的極化晶體進(jìn)行鍵合。所述制備的大厚度周期極化鐵電晶體材料，其厚度是將極化的單片周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體的厚度乘以鍵合片數(shù)。上述方案中，所述鍵合采用多步鍵合，則該方法在對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合之后，再鍵合一次，依此類推直到制作出所需要的厚度。(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)明提供的這種大厚度周期或者準(zhǔn)周期鐵電晶體材料的制備方法，可以實現(xiàn)大厚度周期或準(zhǔn)周期的周期性極化疇反轉(zhuǎn)的晶體制備，可以解決極化過程中疇橫向生長合并問題，達(dá)到制備均勻大厚度的周期性極化鐵電晶體的目的。2、本發(fā)明提供的這種大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備方法，對任意鐵電材料都能夠?qū)崿F(xiàn)。3、本發(fā)明提供的這種大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備方法，由于鍵合工藝的成熟，易于實現(xiàn)。


圖1為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法流程圖；圖2為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的裝置示意圖；圖3為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法中鐵電晶體與光刻金屬電極連接的平視圖；圖4為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法中鍵合過程中兩極化晶體的平視圖。
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(diǎn)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(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備方法，包括兩步或多步，用于制備出大厚度的周期性和準(zhǔn)周期反轉(zhuǎn)鐵電晶體，具體包括以下步驟第一步是在鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓，將該鐵電晶體材料極化為周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體。第二步是在第一步基礎(chǔ)上對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合，完成大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備。如果鍵合采用多步鍵合，則還包括第三步，該第三步是在第二步的基礎(chǔ)上再鍵合一次，依此類推直到制作出所需要的厚度。利用上述方法可制備出大厚度的周期極化鐵電晶體材料。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。所述的厚度是毫米量級，大于2毫米。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其電場強(qiáng)度大于晶體的矯頑場強(qiáng)，其大小為幾十kV/ mm。所述的第二步中實現(xiàn)的極化晶體的厚度是指第一步制備的單片極化晶體的厚度乘以鍵合片數(shù)。所述的第二步是要對第一步所極化晶體的正負(fù)ζ面進(jìn)行拋光，使其對準(zhǔn)鍵合。所述的該方法還包括制備大厚度的小周期、大周期、準(zhǔn)周期極化晶體。所述的兩極化鐵電晶體鍵合是將同周期或不同周期的極化晶體進(jìn)行鍵合。如圖2所示，圖2為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的裝置示意圖，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3所示，圖3為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法中鐵電晶體與光刻金屬電極連接的平視圖，鐵電晶體表面是光刻后的光柵金屬電極。如圖4所示，圖4為依照本發(fā)明實施例制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法中鍵合過程中兩極化晶體的平視圖。經(jīng)過極化后的兩晶體，通過切割、拋光、對準(zhǔn)鍵合在一起形成一大厚度的周期極化晶體。圖4中所述的兩極化晶體周期可相同亦可不同，厚度為 0. 5 2mm。在圖3和圖4所示的實施例中，通過鍵合得到厚度為2mm、周期為^ym的鈮酸鋰周期極化晶體，適用于波長為1064nm光波的光學(xué)參量振蕩輸出，其具體步驟如下步驟1 先得到周期為^ym,極化占空比為50%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。步驟2 在1的基礎(chǔ)上進(jìn)行鍵合，如附圖4中的第二步所示，鍵合后的鐵電疇反轉(zhuǎn)如示意圖4所示。步驟3 在本實例中鍵合的條件與參數(shù)由不同鐵電晶體的性質(zhì)及其實驗所需而定。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(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，該方法包括在鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓，將該鐵電晶體材料極化為周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；以及對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合，完成大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，所述在鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓，是在厚度為毫米量級的鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，所述厚度大于2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于， 所述鐵電晶體材料為鈮酸鋰、鉭酸鋰或KTP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于， 所述高脈沖電壓是指其電場強(qiáng)度大于晶體的矯頑場強(qiáng)，其大小為幾十kV/mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于， 所述周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體是指其鐵電疇方向呈周期性變化的鐵電晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，所述對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合，是對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體的正負(fù)ζ面進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，所述鍵合是將同周期或不同周期的極化晶體進(jìn)行鍵合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，所述制備的大厚度周期極化鐵電晶體材料，其厚度是將極化的單片周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體的厚度乘以鍵合片數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，其特征在于，所述鍵合采用多步鍵合，則該方法在對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合之后，再鍵合一次，依此類推直到制作出所需要的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體材料處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種制備大厚度周期極化鐵電晶體材料的方法，包括在鐵電晶體材料上施加高脈沖電壓，將該鐵電晶體材料極化為周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體；以及對該周期性反轉(zhuǎn)鐵電晶體進(jìn)行切割、拋光和對準(zhǔn)鍵合，完成大厚度周期極化鐵電晶體材料的制備。利用本發(fā)明可制備出大厚度的周期極化鐵電晶體材料。
文檔編號C30B30/00GK102321920SQ201110241438
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者彭紅玲, 渠紅偉, 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