PLZT薄膜溶胶-凝胶法制备与性能研究

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锆钛酸铅镧(PLZT)电光陶瓷具有高光学透过率、高电光系数(约为LiN03材料电光系数的10~20倍)、快速开关响应(ns级)以及良好的热稳定性等优点,近年来被应用于集成光电器件研究领域。作为一种新型的波导材料,(Pb,La)(Zr,Ti)03的优良特性使其在器件的高度集成化、高速开关响应以及低功耗方面受到国际上的广泛关注。其中,纳秒级响应光开关及其在光收、发与传送网络中的应用更是近年来相关学者正在积极研究的热点课题。  本文工作在百级超净间中进行,以乙二醇甲醚(CH30CH2CH20H)为溶剂,选用乙酸铅、乙酸镧、钛酸正丁酯、硝酸锆等金属无机盐为起始原料,乙酸为稳定剂,乙酰丙酮为化学修饰剂,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)通过水浴加热回流制各得到稳定透明的PLZT溶胶。  在利用溶胶进行薄膜制备的环节中,通过加入抑制薄膜开裂剂聚乙二醇对异辛基苯基醚(Triton X-100),有效改善了薄膜制备过程中的开裂问题,经过多次重复旋涂、快速退火等外延生长工艺,成功制备得到4.6μm厚的PLZT薄膜,满足电光薄膜在集成光学器件中的应用要求,同时也有效地减小了其在器件应用中的传输损耗。通过分光光度计、台阶仪、高倍数显微镜、热重-差热扫描(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等检测手段对溶胶、薄膜的各种性质及微观结构进行分析表征。结果表明,经过650℃快速退火处理后,得到了表面平整度小于30nm,粒径为50~100 nm的钙钛矿结构PLZT薄膜,测得PLZT(8/65/35)和PLZT(11/65/35)薄膜在1550 nm波长处的折射率分别为2.4029和2.3885。该薄膜可以应用于PLZT电光器件的制作。
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