火焰水解淀积SiO-%2c2-膜退火研究.pdfVIP

第3l卷第z2期 光 子 学 报 v。I31Noz2 ：!!：兰!：旦 垒篁!垒呈旦Q三Q塑g垒墅竺竺垒 里：!：!!!! 火焰水解淀积Si02膜的退火研究★ 张乐天’王昕2吴远大1邢华1李爱武‘郑伟‘张玉书1 (。吉林大学集成光电子国家重点实验室，长春130023) (1吉林大学文学院，长春130012) 摘 要本文采用火焰水解法在sl村底上淀积了用于光波导下包层材料的si02膜，然后 将其放入高温炉在空气中进行不同温度的退火处理．我们利用原子力显徽镜(AFM)、x 行了测试分析．当退火温度达到140C时．si02膜致密均匀．适合用作波导的下包层． 关键词火焰水解法；光波导：二氧化硅；退火 0引言 随着信息时代的发展。人们对作为信息主干的光通信系统的需求不断增长，因 此，光通信技术和器件在信息产业中有着非常广阔的市场前景．波分复用技术 (WDM)是21世纪通信继续发展的核心。以si基siQ波导为基础的集成光电子器件， 不仅可以用于波分复用系统，而且可以应用于光电子的其它领域ll～i。si02光波导 与其它波导材料相比有许多优越性。它具有传输损耗低、易于集成、性能稳定等优 点，并且具有与光纤相同的折射率，在与光纤接合方面要优于其它材料．火焰水解 好的方法。本文采用火焰水解法。即在H2和02的燃烧气氛中，通过SiCI。的水解作 理，这样制备了si02波导的下包层。并且利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子 试分析。 1实验 1．1样品制备 察H2／02火焰，调节火焰和si衬底温度，源材料sicb通过质量漉量计由He携带进入 温电阻炉在空气中进行不同温度下的高温透明化处理，并恒温2小时，得到了不同 表面形貌的Si02膜． 1．2测试条件 Ill 度下样品的成键组态，X射线源为Mg—k，真空度1x104Pa：利用DigitalNanoscope 收稿日期：2002—06—29 光 子 学 报 31卷 a原子力显微镜对不同温度的样品表面进行了扫描：针对同一样品，在不同的退火 D。．rA型x射线衍射仪比较分析了其 温度下材料的形态是不同的，我们采用Rigauk 衍射图，衍射角度为10-65。；对于波导材料，其光学常数是很重要的参数，我们用 的SiOz膜的折射率和消光指数。 2实验结果和讨论 2．1FHD生长的SiO。膜的XPS谱分析 ls电子的XPS 图1(a)和(b)分别是未进行热处理和1400C恒温2小时的si2p和0 谱．沉积膜的si ls电子的结合能峰位于532．5eV， 2p电子的结合能峰位于102．9eV，O 而14000C退火的sils结合能峰位于102．8和532．2eV，这与标准sils的 2p和O 2p和O 结合能的峰位是基本一致的，说明此时样品中已形成si．o化学键。利用si、O元素 各自的峰面积测算了两个样品中si、O原子比分别为1：2．045和1：2．183。可以看出， 火焰水解法制得的si02膜是符合化学配比的，而在1400。C退火后，O元素的量稍有 增多，这是由于在空气中退火时表面吸附了空气中的氧的缘故。由此可见，为避免 在退火时引入空气中的氧，该过程最好在真空环境中实现。 图1样品的(a)si2p电子和(b)Ols电子的XPS谱 2．2FHD生长的SiO：膜的AFM形貌分析 5x5}am2。由图可以看出，热处理温度不同，Si02微观形貌发生了变化。退火温度为 1000。C时，呈结晶状态，晶粒均匀排布，其均方根粗糙度为0．650rim，当温度升高 平坦，可有效地减少光