《用於光子晶片的硫系玻璃薄膜製備與光敏機理研究》是沈祥為項目負責人，寧波大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：用於光子晶片的硫系玻璃薄膜製備與光敏機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：沈祥
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
硫系玻璃具有卓越的非線性和光敏性，已成為全光網路關鍵器件的理想基質材料。已報導的硫系薄膜存在著組分和製備工藝單一、薄膜易龜裂及光敏機理不全面等問題。本項目擬採用磁控濺射沉積技術製備硫系薄膜。研究內容包括：玻璃組分最佳化設計，薄膜製備和性能表征，界面結合強度和力學性能調控，薄膜光敏機理研究。旨在獲得非線性和成膜特性兩者完美結合的系列玻璃組分及相應的薄膜製備技術，並在理論上完善硫系玻璃的光敏機理。研究的特點和意義體現在：提出環境友好型、不含As的硫系玻璃組分；自主製備大尺寸均勻的硫系靶材，實現薄膜的性能可調；研究薄膜對低帶隙能量的雷射輻照的反應，完善光敏機理。本項目的實施為開發具有自主智慧財產權的光器件提供依據，也為硫系薄膜在高容相變存儲器和高效太陽能薄膜等方面套用提供技術支撐，對滿足我國信息產業現代化和社會經濟發展對新材料需求具有重要的意義。
結題摘要
硫系玻璃具有卓越的非線性和光敏性，已成為全光網路非線性光器件的理想基質材料。但現有的硫系薄膜存在著組分和製備工藝單一、薄膜易龜裂及光敏機理不全面等問題。本項目以Ge-Sb-Se體系材料為研究目標，設計並測試了Ge-Sb-Se塊狀玻璃材料的彈性模量、光學帶隙和折射率與MCN之間的關係曲線，確定了MCN在2.4和2.6附近存在著相變閾值，利用微觀拉曼結構分析了其閾值存在的合理性：MCN＜2.4時材料中富含Se（出現Se環或Se鏈在256cm-1的拉曼峰），MCN在2.4與2.6之間材料組分接近滿足化學計量比，當MCN大於2.6時對應著Ge-Ge和Sb-Sb同質鍵的產生（出現著150cm-1和175cm-1的拉曼峰）。分別通過熱蒸發和磁控濺射鍍制薄膜，研究不同製備工藝以及熱處理前後薄膜材質的緻密性和結構的缺陷的影響。用Z-Scan法測試了Ge-Sb-Se體系的硫系薄膜，獲得超高三階非線性係數，其數量級達到了10-15m2/W以上，從微觀薄膜材料的缺陷造成局域態帶隙分析了其高非線性的原因。首次測試報導了Ge-Sb-Se的超快非線性回響為66fs，最佳化的Ge-Sb- Se薄膜是一種超快非線性集成器件的理想基質材料。解決了最佳化設計後的Ge20Sb15Se65硫系薄膜沉積的工藝問題，並測試了其在近紅外區域的材料色散，設計了脊型光波導結構，與澳大利亞國立大學雷射物理中心合作，利用光刻+ICP乾刻技術，刻蝕獲得了脊寬為1-4微米的Ge20Sb15Se65硫系光波導，研製的光波導具有極低的光傳輸損耗0.41dB/cm (TE)和0.45dB/cm (TM)。本項目的實施也為開發具有自主智慧財產權的硫系光波導集成光器件或感測器提供了依據，也為硫系薄膜在高容相變存儲器薄膜等方面套用提供技術支撐，對滿足我國信息產業現代化和社會經濟發展對新材料需求具有重要的意義。
