Ti:LiNbO3 도파로 제작을 위한 열처리 과정 동안 강유전 도메인 특성에 미치는 영향
Ferroelectric domain inversion in LiNbO3 crystal plate during heat treatment for Ti in-diffusion
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초록
Ti:LiNbO3 광도파로 제작을 위해 큐리온도(Tc) 아래에서 백금박스 내에서 알곤 과 산소 분위기 내에서 열처리 과정 동안 기판 표면의 강유전 도메인 특성 변화를 관찰하였다. 열처리 된 LiNbO3 기판의 +Z 면의 경우 전체적으로 약 1.6 mm 두께로 도메인 반전이 이루어 졌으며, 표면에서 etch hillock이 관찰되었다. LiNbO3 결정 표면의 Li 이온이 외부로 확산 되는 영향을 감소 시킬 수 있는 환경에 있는 기판 면에서 하나의 도메인이 관찰 되었으며, 이때 결정 표면에서의 식각특성, 결정성 및 양이온 분포변화에 관하여 X-선 회절, AFM 및 SIMS를 이용하여 분석하였다.
Abstract
It is demonstrated that the annealing process for Ti in-diffusion to z-cut LiNbO3 at temperature lower than the curie temperature in a platinum (Pt) box can cause a ferroelectric micro-domain inversion at the +z surface and Li out-diffusion, therefore which should be avoided or suppressed for waveguide type periodically poled lithium niobate (PPLN) devices. The depth of the inversion layer depends on the Ti-diffusion conditions such as temperature, atmosphere, the sealing method of LiNbO3 in the Pt box and crystal orientation is experimentally examined. The result shows that the polarization-inverted domain boundary appears at the only +z surface and its thickness is about 1.6mm. Also, for the etched LiNbO3 surface the domain shape was observed by the optical microscope and atomic force microscopy (AFM), and distribution of the cation concentrations in the LiNbO3 crystal by the secondary ion mass spectrometry (SIMS).
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