LiTaO3和LiNbO3的干法刻蚀研究

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钽酸锂(LiTaO3)和铌酸锂(LiNbO3)拥有出色的各项性能,例如热释电、光电、压电等,从而具有很大的科研价值和广泛的应用空间。人们对于由LiTaO3和LiNbO3制成的各种器件的精确度、体积大小与探测器的功能要求在逐渐变高,除了制备优良的LiTaO3和LiNbO3材料以外,其微图形化也成为关键技术之一,因此,研究LiTaO3和LiNbO3的微图形化对于器件的制备技术的发展具有重要的理论意义和实际价值。本文主要工作如下:首先对这两种晶体的感应耦合等离子体刻蚀工艺做了深入的研究,探究了ICP功率,RIE功率,气体总流量,Ar/(Ar+CHF3)气体比例对LiTaO3和LiNbO3刻蚀速度和刻蚀选择比的影响,得出了详细的规律,找出了两种刻蚀速度快,选择比高,粗糙度低的优秀刻蚀工艺,得到了达1.3μm的刻蚀深度,并对刻蚀后的表面形貌做了表征研究。然后用XPS对LiTaO3刻蚀前,刻蚀后以及刻蚀后再用Ar+物理轰击后的全谱,窄谱,表面原子含量等进行了分析。通过分析全谱图可得,在刻蚀后表面出现了富F的沉淀物质,而在Ar+物理轰击之后,这种富F的沉淀物质被去除了,因此说明Ar+物理轰击对加快刻蚀速度有效。通过分析各个元素的窄谱图发现在刻蚀后Li1s,Ta4f,O1s的结合能都向高能端发生了位移,这些化学位移反映出LiTaO3中的Li,Ta,O原子与活性F基等离子体发生了化学反应,从而可以推断出是Li-O,Ta-O键发生断裂从而生成了新的Li-F,Ta-O-F键,同时根据Ta4f的窄谱图在刻蚀之后,谱峰面积减小,推测出生成的Ta F5容易挥发导致,而Li F和Tax Oy Fz的熔点很高,难挥发,会附着在刻蚀表面上,阻碍刻蚀反应的进一步进行,而Ar+物理轰击可以有效去除这些难挥发性物质。通过对LiTaO3表面原子含量作分析,也进一步说明了以上观点。最后,采用Comsol软件对刻蚀腔体进行仿真,研究了功率和气压对电子浓度分布、Ars浓度分布和电子温度分布的影响。验证了增大ICP功率可以提高刻蚀腔体内的电子浓度与Ars粒子的浓度,进一步解释了LiTaO3与LiNbO3在刻蚀过程中ICP功率增大会导致刻蚀速度增加的原因,同时得出了其在腔体内的空间分布为中心处浓度较大,腔体边缘处浓度较小,因此在做刻蚀实验的时候,需要将样品放置在腔体中心位置从而获得最佳刻蚀效果。
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