王維新臺灣大學:電子工程學研究所張家豪Chang, Chia-HaoChia-HaoChang2010-07-142018-07-102010-07-142018-07-102009U0001-2907200921041800http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/189242本論文以伽瑪射線照射鈮酸鋰基板，再利用質子交換溼式蝕刻法製作脊形光波導。並針對其蝕刻深度、質子交換的氫離子濃度、脊形結構之外觀比等進行研究與討論製程方面，嘗試不同的質子交換酸源和時間，並用氫氟酸與硝酸的混合液進行濕式蝕刻，以製作出脊形結構。在量測方面則利用掃描式電子顯微鏡與原子力顯微鏡分別量測脊形的外觀比與表面粗糙度；之後再以二次離子質譜儀量測氫離子的濃度分佈。實驗數據顯示本研究方法可得到較佳的脊形結構，且適用於製作脊形光波導。後，再以本研究方法製作脊形結構之Ｓ形彎曲波導，並量測其傳輸率。量測結果顯示傳輸率上升，此對積體光波導侷限性的改善極有助益。In this thesis, ridge waveguides are successfully fabricated by using proton exchange wet etching in gamma ray irradiated lithium niobate (LiNbO3). In particular, the etched depths, hydrogen ion concentrations, and the aspect ratios of ridge structures are emphasized.or testing, the proton exchanged areas are obtained by using various acid sources for different times, and then the exchanged areas are wet etched with a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid to reveal ridge structures for optical waveguides. The aspect ratio and the surface roughness are measured by using scanning electron microscopy and atomic force microscopy, respectively. Secondary ion mass spectrometer is then used to explore the hydrogen ion concentration. Experimental results show the proposed method can be successfully used to fabricate better ridge structures for optical waveguides.oreover, the proposed method is used to fabricate an S-bend ridge waveguide structure. The measured transmission efficiencies show optical waves can be more confined, which is advantageous for the improvement of integrated optical waveguides.第一章 緒論 1-1 研究背景 1-2 研究動機 2-3 內容簡介 3二章 研究方法 5-1 研究目標與架構 5-2 鈮酸鋰簡介 5-2-1材料特性 5-2-2光學特性 7-2-3光波導製作 9-3 伽瑪射線簡介 10-4 簡述蝕刻行為與質子交換深度的分析方法 12-5 光波導特性量測 13三章 分析伽瑪射線對脊形結構的影響 15-1 蝕刻法與質子交換原理簡介 15-1-1 常見的蝕刻方法 15-1-2 質子交換 16-2 實驗過程 18-2-1 製作流程 18-2-2 製程條件說明 20-3 實驗結果討論與分析 21-3-1 蝕刻深度與外觀分析 21-3-2 伽瑪射線劑量對脊形結構的影響 32四章　光波導特性量測 39-1 脊形光波導製程 39-1-1 先蝕刻出脊形結構再形成三維光波導 40-1-2 先製作平面波導再蝕刻出脊形 42-2 脊形光波導之量測 43-2-1　脊形光波導製作條件 43-2-2　直波導的傳播損耗量測結果 45-2-3　Ｓ形彎曲波導之量測結果 46五章 結論 51考文獻 55英文名詞對照表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 61目錄2-1 鈮酸鋰晶體的基本特性 62-2 鈷-六十照射廠劑量率表 112-3 輻射相關單位表 123-1 常用的質子交換酸源基本性質 173-2 質子交換酸源配方 203-3 質子交換4小時之脊形外觀比 243-4 質子交換8小時之脊形外觀比 293-5 質子交換八小時蝕刻後的表面粗糙度 313-6 質子交換8小時隨照射劑量增加之脊形外觀比 334-1 脊形結構樣本編號 444-2 鈦擴散波導製作條件 444-3 脊形光波導的直波導損耗量測結果 45目錄2-1 (a)在居里溫度以下，晶體呈鐵電性 7 　　 (b)在居里溫度以上，晶體呈順電性2-2 伽瑪射線儀器　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 　　 122-3 光場場形及功率量測示意圖 143-1 質子交換示意圖 163-2 脊形結構基本製程步驟示意圖 193-3 質子交換4小時，隨時刻時間增加之脊形深度變化圖 223-4 脊形結構外觀比之示意圖 233-5 樣本Z1有照射γ-射線的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 25 3-6 樣本Z1無照射γ-射線的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 253-7 樣本Z2有照射γ-射線的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 263-8 樣本Z2無照射γ-射線的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 263-9 樣本Z4有照射γ-射線的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 27 3-10 樣本Z4無照射γ-射線的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 273-11 質子交換8小時，隨時刻時間增加之脊形深度變化圖 293-12 質子交換8小時的脊形側壁電子顯微鏡照片 303-13 隨照射劑量增加質子交換8小時的脊形側壁電子顯微鏡照片 343-14 樣本(a)的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 353-15 樣本(c)的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 353-16 樣本(d)的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 363-17 樣本(e)的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 363-18 樣本(f)的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 373-19 樣本(h)的二次離子質譜儀縱深濃度掃描結果 　 37 4-1 傳統平面通道式鈦擴散光波導製程 39 4-2 先蝕刻再製作三維光波導之製程 41 4-3 先製作平面波導再蝕刻之脊形光波導製程 43 4-4 Ｓ形彎曲波導的設計圖 46 4-5 先蝕刻再擴散的脊形結構S形彎曲波導量測結果 47 4-6 先擴散再蝕刻的脊形結構S形彎曲波導量測結果 483400530 bytesapplication/pdfen-US伽瑪射線質子交換溼式蝕刻法脊形結構傳輸率gamma rayproton exchangewet etchingridge structuretransmissionthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/189242/1/ntu-98-R96943090-1.pdf