Optimierung des Argon-ICP-Ätzens von Perowskit-Oxiden für fortschrittliche Photonik-Anwendungen

Zusammenfassung

Wir analysierten das Trockenätzen von Perowskit-Oxiden mit argonbasierten induktiv gekoppelten Plasmen (ICP) für Photonik-Anwendungen. Verschiedene Kammernbedingungen und ihre Auswirkungen auf Ätzraten wurden anhand von Z-geschnittenem Lithiumniobat (LN) demonstriert. Die gemessenen Ergebnisse sind vorhersagbar und reproduzierbar und können auf andere Perowskit-Oxide wie X-geschnittenes LN und Bariumtitanat (BTO) angewendet werden. Die Oberflächenrauheit ist sowohl für geätztes LN als auch BTO besser als bei ihren nicht geätzten Gegenstücken, bestätigt durch Rasterkraftmikroskopie (AFM). Sowohl energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) als auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurden für qualitative und quantitative Vergleiche der oberflächenchemischen Komponenten verwendet, und gemäß den Messergebnissen wurden keine offensichtlichen Oberflächenzustandsänderungen beobachtet. Ein optischer Wellenleiter, der mit dem optimierten argonbasierten ICP-Ätzen gefertigt wurde, wies einen Verlust von −3,7 dB/cm nahe 1550 nm Wellenlänge für Z-geschnittenes LN auf, was diese Methode für das Ätzen von Perowskit-Oxiden in Photonik-Anwendungen validiert.

Einleitung

Silizium-Photonik hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund niedriger Kosten und großer Skalierbarkeit große Entwicklung erfahren [1]. Allerdings beschränkt der fehlende Pockels-Effekt aufgrund der zentrosymmetrischen Kristallstruktur einige Anwendungen [2]. Perowskit-Oxide wie LiNbO₃ (LN) und BaTiO₃ (BTO) haben daher für Photonik-Anwendungen große Aufmerksamkeit erhalten aufgrund ihrer großen Pockels-Effekte [3-10]. Verschiedene LN- und BTO-basierte photonische Bauelemente wurden mit überlegener Leistung demonstriert [3-10]. Für solche Anwendungen ist ein Wellenleiter mit hohem Brechungsindexkontrast die Grundkomponente für Lichtkonfinement [11]. Traditionell wurden Wellenleiter in LN durch Ionen-Diffusion [12] gebildet, was nur einen niedrigen Brechungsindexkontrast und schlechte optische Konfinierung ermöglichte. Der Durchbruch LN-basierter integrierter Bauelemente beruht auf direktem Trockenätzen von LN-Dünnschichten [3, 6-10]. Bisher gibt es jedoch keine umfassende Analyse von LN-Trockenätzmethoden. Andererseits hat BTO einen noch höheren Pockels-Koeffizienten von 1640 pm/V als LN (~30 pm/V) [2], was deutlich bessere photonische Bauelemente unterstützen kann. Direkte geätzte BTO-basierte Photonik-Bauelemente wurden jedoch noch nicht demonstriert, wahrscheinlich weil es schwierig zu ätzen ist. Die gängigste Methode zur Erzeugung von Wellenleitern mit höherem Index in diesen Materialien in der Literatur ist, zuerst eine Schicht aus leicht zu ätzendem Material abzuscheiden und dann das Muster durch Trockenätzen auf diese Schicht zu übertragen. Der resultierende optische Modus überlappt nur teilweise mit der unteren ungeätzten BTO-Schicht, was die Leistung verschlechtert; eine solche Methode kann den Pockels-Effekt nicht maximieren [4, 5]. Obwohl fluor- und chloridbasiertes Plasma-Ätzen von BTO für Halbleiterspeicheranwendungen vorgeschlagen wurde [13-15], verringern Reaktionsprodukte, die während des Ätzprozesses auf Oberflächen und Seitenwänden wieder abgelagert werden können, die Eignung solcher Ätzchemien für Photonik-Anwendungen.

Daher wird in diesem Manuskript das Argon-Plasma-basierte induktiv gekoppelte Plasma (ICP) Ätzen von Perowskit-Oxiden LN und BTO umfassend analysiert. Verschiedene Faktoren und ihre Auswirkungen auf die Ätzraten werden für LN und BTO verglichen. Die Oberflächenrauheit vor und nach dem Ätzen wird durch Rasterkraftmikroskopie (AFM) analysiert. Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) werden zur Charakterisierung von Oberflächenchemiezustandsänderungen verwendet. Es wird beobachtet, dass die Oberfläche bei sowohl geätztem LN als auch BTO viel glatter ist und keine Ätzrückstände detektiert werden. Basierend auf optimierten Ätzbedingungen werden optische Wellenleiter auf einer Z-geschnittenen LN-Probe geätzt, mit einem gemessenen Verlust von −3,7 dB/cm, was die Eignung der argonbasierten ICP-Methode für allgemeines Perowskit-Oxid-Ätzen in Photonik-Anwendungen validiert.

Experiment und Ergebnisse

Methoden

Ein 13,56 MHz Oxford PlasmaPro 100c Cobra wird für das Argon-basierte ICP-Ätzexperiment verwendet, und eine schematische Struktur des Ätzens ist in Abb. 1a dargestellt. Das Eingas wird unter zeitvariierenden elektromagnetischen Feldern ionisiert, die durch eine induktiv gekoppelte Spule unter der ersten Hochfrequenzquelle (RF_ICP) erzeugt werden. Die erzeugten Plasma-Ionen beschleunigen vertikal zum unteren Wafer unter Bias-Spannung, die durch die zweite HF-Quelle (RF_bias) gesteuert wird, die mit dem Substrathalter/Elektrode verbunden ist. Die flüchtigen Ätzgasprodukte werden durch einen Ventilationskanal abgeführt. Z-geschnittenes LN wird als Beispiel für die Demonstration der Beziehung zwischen verschiedenen Prozessbedingungen und Ätzrate verwendet; die LN-Epitaxiestruktur ist in Abb. 1b gezeigt. Die Dicke der oberen Lithiumniobat-Schicht und des Siliziumoxids betragen 700 nm bzw. 2 µm. Eine 50 nm dicke Chrom (Cr) Schicht wird zuerst durch Elektronenstrahl (e-beam) Verdampfung auf die Probe aufgebracht für die Lithographie. Dann wird ca. 1 µm ma-N 1400 Fotolack durch Photolithographie mit einem Laserwriter auf die Oberfläche aufgesponnen. Nach Entwicklung und anschließendem Cr-Nassätzen dient die strukturierte Maske als Schattenmaske für das Trockenätzen. Nach ICP-Ätzen wird diese Maske in heißem N-Methyl-2-pyrrolidon und Cr-Ätzer entfernt. Merkmalstiefen vor dem Ätzen, nach dem Ätzen und nach Schattenmaskenentfernung werden an festen Punkten durch einen Oberflächenprofiler aufgezeichnet, und die Ätzraten von Fotolack und Z-geschnittenem LN werden entsprechend berechnet.

Ätzraten-Analyse

Vier Faktoren werden im Experiment validiert: Kammerdruck, Gasflussrate, Bias-Leistung und ICP-Leistung. Vor jedem Ätzen wird eine 5-minütige reine Sauerstoff-Plasma-Behandlung zur Kammernreinigung durchgeführt. Nur Argongas wird während des Ätzens verwendet, und die Basiseinstellung ist: 5 mTorr Kammerdruck, 20 sccm Gasfluss, 150 W Bias-Leistung und 500 W ICP-Leistung. Die gemessenen Ätzraten von Z-geschnittenem LN und Fotolack bezüglich verschiedener kombinierter Bedingungen sind in Abb. 2 dargestellt. Aus Abb. 2a ist ersichtlich, dass die Ätzrate von Z-geschnittenem LN steigt, wenn der Kammerdruck reduziert wird, und der Anstieg der Z-geschnittenen LN-Ätzrate ist relativ linear (Steigung ca. 0,95 nm/min pro mTorr Druckabnahme) und vorhersagbar. Zu beachten ist, dass die Oberflächenprofil-Tiefenmessung von Z-geschnittenem LN genauer ist als bei Fotolack, da der Fotolack nach dem Ätzen nicht so flach ist wie das Z-geschnittene LN. Bei niedrigerem Kammerdruck wird die zufällige Stoßbewegung reduziert und die Argon-Ionen werden geordneter transportiert, was erklärt, warum höhere Ätzraten bei niedrigerem Kammerdruck beobachtet werden. Die Ätzrate steigt linear für Z-geschnittenes LN bezüglich Gasflussbedingungen, wie in Abb. 2b gezeigt, was bedeutet, dass mehr Argon-Plasma aktiviert wird, wenn der Gasfluss größer ist. Die Steigung der Z-geschnittenen LN-Ätzrate beträgt ca. 0,11 nm/min pro Einheit sccm Gasfluss-Zunahme, wie aus Abb. 2b abgeleitet. Sowohl die Ätzrate von Z-geschnittenem LN als auch von Fotolack steigen, wenn Bias- und ICP-Leistung zunehmen, wie in Abb. 2c, d zu sehen. Wenn die ICP-Leistung so niedrig wie 100 W ist, werden wenige Argon-Atome ionisiert und die Ätzrate von Z-geschnittenem LN ist recht gering, wie in Abb. 2d gezeigt. Mehr Argon-Atome werden ionisiert, wenn die ICP-Leistung erhöht wird, was zu höheren Ätzraten führt. Mit zunehmendem Bias wird auch die Ionenbeschleunigungsgeschwindigkeit größer, da das elektrische Feld stärker ist. Sowohl eine Erhöhung der Plasmasdichte als auch der Ionenbeschleunigung führen zu höheren Ätzraten, was in Abb. 2c, d zu finden ist. Die Steigungen betragen ca. 0,072 und 0,059 nm/min pro Watt Bias- bzw. ICP-Leistung. Die nichtlineare Kurve der Fotolack-Ätzrate in Bezug auf Bias-Leistung ist wahrscheinlich auf Messfehler zurückzuführen, die durch eine nicht flache Oberfläche resultieren.

In Abb. 2a wird eine Ätzrate von 21,87 nm/min unter Bedingungen von 5 mTorr Kammerdruck, 20 sccm Gasfluss, 150 W Bias-Leistung und 500 W ICP-Leistung erzielt. Etwa 37 nm/min Ätzrate wird mit Bedingungen von 10 mTorr Kammerdruck, 30 sccm Gasfluss, 300 W Bias-Leistung und 700 W ICP-Leistung gemessen, was hochkonsistent mit den berechneten Ergebnissen (40,4 nm/s) basierend auf den in Abb. 2 gezeigten Messdaten ist. Daher kann geschlossen werden, dass die Ätzrate von Z-geschnittenem LN regelmäßig und vorhersagbar ist.

Basierend auf denselben Basiseinstellungen (5 mTorr Kammerdruck, 20 sccm Gasfluss, 150 W Bias-Leistung und 500 W ICP-Leistung) wird ein ähnliches Ätzexperiment mit X-geschnittenem LN und BTO durchgeführt, um den Effekt des Kammerdrucks (als Beispiel für verschiedene Bedingungen) zu untersuchen, und die gemessenen Daten sind in Abb. 3 dargestellt. Das hier verwendete X-geschnittene LN ist ein Bulk-Kristall, während BTO eine epitaktische Schicht ist, die auf einem Dysprosium-Scandat (DSO) Substrat mittels gepulster Laserabscheidung (PLD) gewachsen ist, mit Struktur in Abb. 1c. Wenn der Kammerdruck reduziert wird, steigen sowohl die Ätzrate von BTO als auch von X-geschnittenem LN, was gut mit den Z-geschnittenen LN-Ergebnissen übereinstimmt. Die leicht unterschiedlichen beobachteten Steigungen können auf kleine Unterschiede in der Kristallqualität zurückgeführt werden. Es kann somit geschlossen werden, dass die Ätzparameter in Abb. 2 auch breit für Perowskit-Oxid-Typ X-geschnittenes LN und BTO geeignet sind.

Oberflächenmorphologie-Analyse

Um potenzielle Oberflächenmorphologie-Änderungen durch Ätzen zu bewerten, wird AFM hier mit einem Scanbereich von 1 × 1 µm² verwendet. AFM-Bilder von as-deposited und nach dem Ätzen für Z-geschnittenes LN, X-geschnittenes LN und BTO sind in Abb. 4 gezeigt. Aus Abb. 4a, b ist ersichtlich, dass das geätzte Z-geschnittene LN fast eine Größenordnung niedrigere quadratische mittlere (RMS) Oberflächenrauheit im Vergleich zur as-deposited Probe aufweist. Für X-geschnittenes LN und BTO kann die gleiche glattere Oberfläche nach dem Ätzen aus Abb. 4c–f gefunden werden. Die etwas größere RMS-Rauheit für as-deposited BTO ist auf die ursprüngliche Wachstumsqualität zurückzuführen, da die LN-Probe ein kommerzielles Produkt ist und der BTO-Film in unserem Labor auf einem Substrat (DSO) gewachsen ist, das selbst möglicherweise keine minimierte Oberflächenrauheit aufweist. Die niedrigere RMS-Rauheit der geätzten Probe kann auf die physikalische Ätzeigenschaft des Argon-Plasma-basierten ICP zurückgeführt werden, was den Ätzprozess etwas wie Schleifen/Polieren macht.

Oberflächenzustands-Analyse

EDS-Analyse wird für as-deposited und geätzte Z-geschnittenes LN, X-geschnittenes LN und BTO Proben durchgeführt, um mögliche Oberflächenkomponentenänderungen qualitativ zu analysieren, und die gemessenen Ergebnisse sind in Abb. 5 dargestellt. Während der Messung werden Lithium (Li), Niob (Nb), Sauerstoff (O), Kohlenstoff (C), Argon (Ar) und Chrom (Cr) für Z-geschnittenes und X-geschnittenes LN aufgezeichnet, wie in Abb. 5a–d gezeigt, während für BTO-Proben Barium (Ba), Titan (Ti), O, C, Ar und Cr analysiert werden, wie in Abb. 5e, f gezeigt. Im Vergleich zu den as-deposited Proben wird aus Abb. 5 kein signifikanter Unterschied in der elementaren Zusammensetzung beobachtet. Es gibt kein residuales Argon im geätzten Bereich in irgendeiner der geätzten Proben, was zeigt, dass Argon-Plasma-basiertes ICP ein rein physikalischer Prozess ist, der keine unerwarteten sekundären chemischen Veränderungen verursacht und keine Ätzreaktanten produziert.

Um weitergehende Analysen von Oberflächenchemiezusammensetzungsänderungen durchzuführen, wurde XPS-Analyse durchgeführt. Messungen erfolgten in einem Thermo Fisher Scientific Theta Probe System mit monochromatischem, mikrofokussiertem Al Kα (1486,6 eV) Röntgenquelle und XPS-Spektren wurden bei einem Detektionswinkel (q) von 50° zur Probenoberfläche aufgezeichnet. Der Basisdruck der Analysekammer beträgt 5 × 10⁻¹⁰ mbar. Abb. 6 zeigt die XPS-Survey-Spektren von Z-geschnittenem LN, X-geschnittenem LN und BTO Proben im Bereich 0 bis 1000 eV Bindungsenergie (BE). Für sowohl Z-geschnittenes als auch X-geschnittenes LN sind Li 1s, Nb 3p_1/2, Nb 3p_3/2, Nb 3d_5/2, Nb 4p_3/2, O 1s und C 1s vorhanden, wie in Abb. 6a, b gezeigt. In Abb. 6c sind Ba 4d, Ba 4p_3/2, C 1s, Ti 2p, O 1s, Ba 3d_5/2 und Ba 3d_3/2 für BTO vorhanden. Die hier berichteten XPS-Spektren werden auf das BE des C–C/C-H Komponentenpeaks von C 1s Spektren bei 285,0 eV referenziert [13, 16]. Aus Abb. 6 ist ersichtlich, dass es keinen großen Unterschied in den Survey-Spektren für as-deposited und geätzte Proben gibt. Einige kleine Peaks nach dem Ätzen werden durch geringfügige Kontamination während Probenverarbeitung und -lagerung verursacht.

Um den chemischen Zustand jedes Elements detailliert zu identifizieren, wurden hochauflösende Spektren aller auf der Oberfläche vorhandenen Elemente aufgenommen und nach Shirley-artiger Sekundärelektronen-Hintergrundsubtraktion [13] angepasst. Die Anpassungsergebnisse sind in Abb. 7 gezeigt. Abb. 7a bis d zeigen Li 1s, Nb 3d_5/2, O 1s und Ar für Z-geschnittenes LN. Für den Peak von Li 1s sind keine offensichtlichen Änderungen zu beobachten, wie in Abb. 7a. Im Vergleich zur as-deposited Probe verschieben sich die Peaks von Nb 3d_5/2 und O 1s jeweils um 0,1 und 0,2 eV zu höheren BEs im geätzten Fall, wie in Abb. 7b, c. Solch kleine Änderungen liegen nahe am Messfehler und deuten darauf hin, dass es keine offensichtliche chemische Zustandsänderung für Nb und O gibt. Es ist zu beachten, dass es zwei Komponentenpeaks für die Anpassung des O 1s Spektrums gibt, und der Hauptpeak bei ~530,2 eV stammt von Nb–O-Bindungen. Der andere Sub-Peak bei ~532,5 eV kann auf Kontamination zurückgeführt werden, da er durch den physikalischen Stoß im Vakuum entfernt wird und somit schwächeres Signal ergibt [13]. Kein offensichtlicher Argon-Peak wird in sowohl as-deposited als auch geätzten Proben beobachtet, was bestätigt, dass das Argon-basierte ICP-Ätzen keine Rückstände vom Ätzen hinterlässt.

Abb. 7e–h zeigen Li 1s, Nb 3d_5/2, O 1s und Ar für X-geschnittenes LN. Die Schlussfolgerung ist ähnlich wie bei Z-geschnittenem LN. Alle Peaks von Li 1s, Nb 3d_5/2 und O 1s verschieben sich um 0,2 eV zu höheren BEs für die geätzten Proben im Vergleich zu as-deposited. Für Ar 2p Spektrum gibt es einen kleinen Peak in der geätzten Probe bei ~239,0 eV, der auf residuales Argon zurückgeführt werden kann. Obwohl Ar nicht chemisch mit dem geätzten Material reagiert, wird der hochenergetische Ion während des Ätzprozesses in die geätzte Oberfläche implantiert. Eine solche Implantation wird in unserem Experiment als schwach erwartet, da das Signal so klein ist, und sie wird keine signifikante Auswirkung auf die Photonik-Bauelementleistung haben.

Abb. 7i–l zeigen Ba 3d, Ti 2p, O 1s und Ar 2p Spektren für BTO. In Abb. 7i kann Ba 3d_5/2 der as-deposited Probe (untere rote Linie) auf zwei Peaks bei BEs von 778,7 und 780,0 eV mit Verhältnis 47%:53% angepasst werden. Nach dem Ätzen wird Ba 3d_5/2 auf zwei Peaks bei BEs von 778,8 und 780,1 eV mit Verhältnis 80%:20% angepasst. Nach Berücksichtigung des Experimentfehlers (±0,2 eV) wurde keine BE-Verschiebung beobachtet. Allerdings wurde das Oberflächenoxid aufgrund des Ätzprozesses durch die Peak-Verhältnisänderung entfernt. Für Ti 2p betragen die BEs von Ti 2p_3/2 vor und nach dem Ätzprozess 458,1 und 458,2 eV, was ebenfalls innerhalb des Experimentfehlers liegt. Für O 1s Spektren konnte vor dem Ätzen mit zwei Peaks bei BEs von 529,4 und 531,4 eV angepasst werden, zugeordnet zu BTO und Oberflächenkontamination, mit Verhältnis 45%:55%. Nach dem Ätzen betragen die BEs der Peaks 529,6 und 531,5 eV mit Verhältnis 60%:40%, was zeigt, dass die Oberflächenkontamination entfernt wurde. Kein offensichtlicher XPS-Peak von Ar wird nach dem Ätzen in BTO beobachtet, was gut mit den Z-geschnittenen und X-geschnittenen LN-Fällen übereinstimmt.

Optische Leistungs-Charakterisierung und Diskussion

Basierend auf der optimierten Argon-basierten ICP-Methode werden Z-geschnittene LN-Wellenleiter als Beispielanwendung realisiert. Der Wellenleiter wird teilweise mit einer Ätztiefe von 420 nm von 700 nm Gesamtdicke geätzt, und seine Breite ist auf 4 µm für einfache Lithographie ausgelegt. Die geometrischen Abmessungen des Wellenleiters werden basierend auf der 3D Finite-Differenzen-Zeitbereich (FDTD) Methode [17] bestimmt, nachdem sowohl Übertragungsverlust als auch Prozesstechnologie berücksichtigt wurden. Die obere LN-Schicht und der Substrat werden durch 2 µm Siliziumoxid isoliert, um einen hohen Brechungsindexunterschied (die Brechungsindizes von LN und SiO₂ betragen jeweils 2,3 und 1,44) für optische Konfinierung zu bilden, wie die Epitaxie in Abb. 1b zeigt. Ein Verlust von ca. −3,7 dB/cm wird mit Abzug des Kopplungsverlusts (Cutback-Methode) nahe der Designwellenlänge von 1550 nm für transversal magnetisch (TM) polarisiertes Eingangslicht gemessen, wie in Abb. 8a gezeigt. Das Inset zeigt gut eingeschlossenes Licht im Wellenleiter. Es ist zu beachten, dass es andere Methoden zur Charakterisierung des Wellenleiterverlusts gibt, wie Schiefer-Prisma, Fabry-Perot-Resonanzen und Streulicht-Methoden [18]. Die Cutback-Methode wird hier verwendet. Abb. 8b zeigt ein Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bild des geätzten Wellenleiters. Klare Seitenwände validieren das hochleistungsfähige Ätzresultat. Der Seitenwandwinkel beträgt ca. 50 Grad, wie das Fokus-Ionenstrahl (FIB) Bild in Abb. 8c zeigt. Der gemessene Verlust ist für TM-Polarisation angemessen (wo das Feld korrekt für Maximierung des Pockels-Effekts für die Z-geschnittene Orientierung ausgerichtet ist); und größer als typische Verlustwerte für transversal elektrisch (TE) polarisiertes Licht in X-geschnittenem Lithiumniobat [3, 6] aufgrund der üblichen Anisotropie in der Seitenwandrauheit. Ein solcher Verlust kann durch Verwendung dünnerer oberer LN-Dicke [19] und einer optimierteren Struktur [3, 6, 20] verbessert werden. Es ist zu beachten, dass es keine Nachbearbeitung oder hinzugefügtes Cladding des gemessenen Wellenleiters gibt. Der Verlust kann somit durch Optimierung solcher Prozesse reduziert werden, wie bei der Addition von thermischer Oxidation in Silizium-Wellenleitern [20, 21] oder mit Gascluster-Ionenstrahl-Glättung [22]. Im BTO-Fall würde der reduzierte Indexkontrast zwischen DSO-Substrat und oberer BTO-Schicht (die Brechungsindizes von BTO und DSO betragen jeweils 2,38 und 2,13, bestimmt durch Prismenkopplungsmethode) zu schlechterer Lichtkonfinierung führen, obwohl der Ätz tiefer ist; der Verlust kann nicht direkt mit dem in LN verglichen werden.

Verglichen mit der typischen Ionen-Diffusionsmethode [12] für Perowskit-Oxide in Photonik-Anwendungen kann das in diesem Manuskript demonstrierte Argon-basierte ICP kompakte und hochleistungsfähige integrierte Bauelemente realisieren. Da es keine Ätzreaktionsprodukte in dieser Methode gibt, wird die optische Leistung des Perowskit-Oxid-Kristalls nicht beeinflusst. Daher ist es wahrscheinlich überlegen im Vergleich zu Fluor- oder Chlorid-basiertem ICP-Ätzen [13-15], die für andere Anwendungen wie Feldeffekttransistoren demonstriert wurden. ICP-Maschinen sind in der Industrie weit verbreitet, daher wird der Ausbeute der vorgeschlagenen Methode hoch sein, wenn jeder Prozessschritt innerhalb eines kleinen Fehlerrandes kontrolliert wird.

Fazit

Zusammenfassend wird Argon-basiertes ICP-Ätzen für Perowskit-Oxide in diesem Manuskript detailliert demonstriert. Die Ätzraten und ihre Beziehungen zu Kammerdruck, Gasfluss, Bias- und ICP-Leistung werden in Z-geschnittenem LN, X-geschnittenem LN und BTO analysiert. Die gemessenen Ergebnisse sind regelmäßig und vorhersagbar, was für das Benchmarking aller Perowskit-basierten Oxid-Ätzungen, besonders für Photonik-Anwendungen, nützlich sein wird. Die gemessenen AFM-Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenrauheit nach Argon-basiertem ICP-Ätzen besser ist als vorher. Sowohl EDS- als auch XPS-Ergebnisse zeigen, dass eine solche Ätzmethode ein rein physikalischer Prozess ist und keine Ätzrückstände auf der geätzten Oberfläche gefunden werden. Einige vernünftige kleine Peak-Verschiebungen nach dem Ätzen werden beobachtet, aber keine signifikante Leistungsminderung der Photonik-Bauelemente wird während des Experiments erzielt. Ein gemessener −3,7 dB/cm TM-Verlust nahe 1550 nm für einen Z-geschnittenen LN-Wellenleiter validiert auch die Eignung von Argon-basiertem ICP für Perowskit-Oxid-Ätzen in der Photonik-Bauelementfertigung.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle Daten sind uneingeschränkt vollständig verfügbar.

Abkürzungen

ICP:

Induktiv gekoppelte Plasmen

LN:

Lithiumniobat

BTO:

Bariumtitanat

AFM:

Rasterkraftmikroskopie

EDS:

Energiedispersive Röntgenspektroskopie

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Cr:

Chrom

e-beam:

Elektronenstrahl

DSO:

Dysprosium-Scandat

PLD:

Gepulste Laserabscheidung

RMS:

Quadratischer Mittelwert

BE:

Bindungsenergie

Pt:

Platin

Li:

Lithium

Nb:

Niob

O:

Sauerstoff

C:

Kohlenstoff

Ar:

Argon

Ba:

Barium

Ti:

Titan

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

FIB:

Fokus-Ionenstrahl

TM:

Transversal magnetisch

TE:

Transversal elektrisch