[发明专利]一种激光直写晶化制备图形化YIG薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用激光直写晶化制备图形化YIG薄膜的方法，即通过溶胶凝胶法在单晶Si衬底上首先制备一层取向生长的YIP薄膜作为缓冲层，然后在缓冲层上旋涂YIG凝胶薄膜并利用聚焦激光按照预定图形进行扫描实现初步晶化，并利用去离子水清洗剩余凝胶达成图形化，最后对初步晶化的图形化YIG薄膜高温退火实现进一步外延晶化，从而完成高质量图形化YIG薄膜制备。上述方法具有制备温度低、工艺简单的特点，可制备任意二维YIG图形薄膜，满足不同硅基YIG光子学器件的集成需求。

技术领域

本发明涉及激光晶化制备薄膜领域。

背景技术

铁酸钇YIG材料是射频微波通讯和磁光通讯领域最常用的材料之一，在射频微波、太磁波、光波段都有广泛的应用。现阶段的非互易模式转换(NRMC)和非互易相移(NRPS)集成光隔离器尺寸都较大，长度范围从毫米到厘米，非常不利于器件的集成化发展。基于YIG薄膜的紧凑型磁光隔离片上的模块成为近年来集成光学产业的热点。利用图形化的高质量YIG薄膜在硅衬底上制备具有微米级尺寸磁光功能模块可大幅缩减芯片整体尺寸并有利于其它硅基光子学功能的集成。然而，传统的高质量图形化YIG薄膜制备通常需要掩膜光刻技术，同时还需要结合激光脉冲沉积或磁控溅射，其工艺复杂、设备昂贵、环境要求苛刻、整体造价很高，不利于硅基光通讯器件的集成化和微型化。

发明内容

针对上述技术难点，本发明提供了一种激光直写晶化制备高质量图形化YIG薄膜的方法。

使用激光直写技术代替传统掩膜光刻技术，同时结合低成本溶胶凝胶薄膜制备工艺，完成高质量图形化YIG薄膜的制备。该技术具有制备温度低、工艺简单的特点，可制备任意二维图形YIG薄膜，满足不同器件的需求。

附图说明

图1为本发明中制备的YIP缓冲层上生长YIG薄膜的XRD图。

图2为本发明利用激光直写晶化制备的图形化YIG薄膜的SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明公开了激光直写晶化制备图形化YIG薄膜的方法。该方法通过溶胶凝胶法在单晶Si衬底上首先制备一层取向生长的YIP薄膜作为缓冲层，然后在缓冲层上旋涂YIG凝胶薄膜并利用聚焦激光按照预定图形进行扫描实现初步晶化，并利用去离子水清洗剩余凝胶达成图形化，最后对初步晶化的图形化YIG薄膜高温退火实现进一步外延晶化，从而完成高质量图形化YIG薄膜制备。

如上所述的聚焦激光，其波长为445nm，其功率介于0.5～1.5W，光斑尺寸介于50～500μm，扫描速度介于0.5～6μm/s。

本发明方案的基本原理为：利用聚焦激光进行扫描式辐照，激光光斑处产生的热量使YIG凝胶薄膜局部失水并初步晶化，并与YIP缓冲层形成一定的晶格匹配，随后利用薄膜初步晶化后溶解度的剧烈变化通过清洗达成图形化，最后通过图形化薄膜在高温退火环节进一步在YIG薄膜上外延晶化，完成高质量图形化YIG薄膜的制备。

下面给出本发明激光直写晶化制备图形化YIG薄膜的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。

实施例1

在光功率为1W的激光辐照下，光斑尺寸为50μm，扫描速率为0.6μm/s，扫描路径为条形阵列，激光光斑沿扫描路径进行扫描。

实施例2

在光功率为1.2W的激光辐照下，光斑尺寸为100μm，扫描速率为2μm/s，扫描路径为叉指阵列，激光光斑沿扫描路径进行扫描。

实施例3

在光功率为1W的激光辐照下，光斑尺寸为200μm，扫描速率为1μm/s，扫描路径为S形，激光光斑沿扫描路径进行扫描。