基片温度对真空蒸镀Ti/LiNbO3光学薄膜的影响

汤 卉，董鹏展，吕 杨

(哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

集成光学器件具有微型化、高集成度和性能优良的优点,在大规模集成光路和全光通信网络中具有十分重要的应用前景,已成为集成光学研究的热点之一[1-3].目前，用于集成光学器件的光学衬底(基片)材料，多为铌酸锂(LiNbO3)晶体[4]，在其表面镀各种金属膜后构成具有各种功能的光子学逻辑器件，钛扩散铌酸锂光耦合器即是其中的一员.在铌酸锂基片上蒸镀高质量的钛薄膜，进而将钛扩散入铌酸锂浅表层即可制成钛扩散铌酸锂光耦合器.在这一制备过程中，对钛薄膜要求纯度高，平整度好，表面粗糙度低，蒸镀钛膜工艺的优化是问题的关键，现阶段尚未得到很好的解决.本文对这一问题开展探索，侧重研究在真空蒸镀制备Ti/LiNbO3复合光学薄膜过程中，不同铌酸锂基片温度对钛薄膜的形成、表观形貌、平整度的影响，从而优化基片温度.

1 实验

以Z向LiNbO3单晶为衬底(基片)，基片规格：φ12 mm×0.5 mm，光洁度200 nm，钛源用钛粉纯度：99.999%.

蒸镀前，将LiNbO3基片放入丙酮液中超声波清洗15 min，去除表面油污杂质后，用氮气吹干.实验在热蒸发真空镀膜机上完成，蒸镀参数：真空度8.4×10-4Pa，加热电流140 A，蒸发压强2.3×10-3Pa，基片温度分别为20、100、180、260、340 ℃，蒸镀时间20 min.

利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对不同基片温度下蒸镀样品进行表观形貌和粗糙度研究.

2 结果与讨论

图1为放大倍数为3 000倍，不同基片温度下钛薄膜的SEM图，从图中可以看出，基片温度20 ℃时，蒸镀的钛薄膜颗粒排列疏松，呈多孔结构，有气孔生成，存在明显缺陷；……