18.2.2. ПОЛУЧЕНИЕ ВОЛНОВОДОВ МЕТОДОМ ПЗ В КРИСТАЛЛАХ

Относительно низкая температура Кюри у кристаллов ограничивает возможности использования высокотемпературных металл-диффузионных методов получения волноводных слоев на подложках кристаллов Поэтому такой низкотемпературный процесс, как протон-замещение, для кристаллов оказывается особенно перспективным. С применением протон-замещения получены волноводные слои на подложках Х-срезя [ У-среза [96], Z-среза [97, 98]. Изменение показателя преломления танталата лития при несколько меньше, чем у ниобата лития, однако вполне достаточное для получения волновода. Важным преимуществом перед является то, что при ПЗ в электрооптические свойства меняются очень мало [97], тогда как в величина падает почти до нуля и частично (на 2/3) восстанавливается только после дополнительного отжига.

Техника ПЗ для практически такая же, как и для . В качестве источников протонов используются те же кислоты, а кинетика ПЗ зависит от степени кислотности источника. При использовании бензойной кислоты температура процесса ПЗ может меняться в пределах а время выдержки в кислоте может колебаться от одного до нескольких часов [99]. После проведения процесса кристаллы отмываются в органических растворителях (ацетон). Концентрационный профиль и профиль после процесса ПЗ близки к ступенчатым. Движение фронта концентрационного профиля, как и для можно описать выражением где - толщина волноводного слоя; - продолжительность процесса протон-замещения. Коэффициент диффузии определяется законом Аррениуса [99]. Температурная зависимость коэффициента диффузии приведена на рис. 18.17. Величина коэффициента диффузии определяется параметрами эВ.

Рис. 18.17. Температурная зависимость эффективного коэффициента диффузии протонов

Волноводы, полученные после проведения процесса характеризуются нестабильностью свойств и достаточно высокими потерями. Для устранения этих недостатков волноводных слоев после процесса ПЗ проводится их отжиг при температурах Такой отжиг увеличивает толщину волноводного слоя и понижает величину а изменение показателя преломления в поверхностном слое уменьшается увеличивается в три раза, а уменьшается от 0,019 до 0,012 [100]). Так же как и в в волноводных слоях рассматривается несколько фаз [90, 100, 101]. Учитывая сходство фазовых диаграмм по аналогии с фазовые превращения при отжиге можно представить как переход от высококонцентрационной -фазы к твердому раствору в (-фазе). При исследовании отжига волноводных слоев полученных выдержкой в бензойной кислоте в течение при (отжиг проводился при различных температурах в интервале в течение при каждой данной температуре), замечено:

1) после серии отжигов в течение с возрастанием температуры от 265 до т. е. до некоторой величина ширина ступеньки профиля и площадь под кривой не только не уменьшаются, но даже увеличиваются. Увеличение и составляло раз. Профиль при этом сохраняет форму ступеньки;

2) при ступенька переходит в кривую Гаусса, типичную для диффузионных процессов. Величина понижается, а площадь с ростом температуры отжига не меняется. Это означает, что при имеется прямая зависимость от концентрации протонов в волноводном слое.

Рост и с ростом Т до Т объясняется [98] тем, что в волноводных слоях при температуре развивается -фаза и поведение определяется изменением показателя преломления в этой фазе. Превышение температуры отжига над (или повышение его длительности) размывает концентрационный профиль настолько, что становится меньше нижнего предела существования -фазы. Структура слоя переходит в -фазу (твердый раствор где пропорционально величине с ростом температуры отжига

начинает размываться и уменьшаться, как и Важно отметить, что величина зависит от стехиометрии подложки, возрастая с ростом концентрации