KR20000023092A - 비선형 광학 박막 제조방법 - Google Patents

비선형 광학 박막 제조방법 Download PDF

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Abstract

충분한 비선형 광학 특성을 구비하며, 유리기판(12)이 진공증착실(10) 내부에 배치되고 하스라이너(hearth liner)(14) 위에 위치한 SiO2-GeO2계 유리에 전자빔을 조사하여 상기 기판(12)의 표면에 SiO2-GeO2계 박막을 형성하는, 실리카 유리계의 비선형 광학 박막 제조방법. 이 방법을 적용할 때, 예를 들면, 이온원으로부터 방출된 아르곤 이온은 증착된 SiO2-GeO2계 박막에 쌍극자를 형성한다. 그렇게 형성된 SiO2-GeO2계 박막에 전계를 인가함으로써, 쌍극자들이 배향되고 박막은 비선형 광학 특성을 나타낸다.

Description

비선형 광학 박막 제조방법 { METHOD FOR MANUFACTURING A NONLINEAR OPTICAL THIN FILM }
본발명은 비선형 광학 박막 제조방법, 특히 실리카(silica) 유리를 이용한 비선형 광학 박막 제조방법에 관한 것이다.
광전자공학에 적용하기 위해 광제어 기능을 구비한 다양한 종류의 비선형 광학 재료들이 제안되어 왔다. 그러한 비선형 광학 재료들 가운데, LiNbO3(lithium niobate)가 실제적으로 널리 사용되는 전형적인 예이다.
그러나, 니오브산 리튬(lithium niobate)의 경우, 광학소자에 사용되었을 때, 니오브산 리튬과 접속부재인 유리 사이의 굴절율 또는 열팽창율 등의 물성차로 인해 손실이 발생한다. 그러므로, 실리카 유리 기초의 비선형 광학 재료로 니오브산리튬을 대체할 필요성이 있어 왔다. 예를들면, 실리카 유리 기초의 비선형 광학재료는 일본 특개평 6-340444 호에 개시되어 있다.
그러나, 실리카 유리 기초의 비선형 광학 재료들이 반드시 충분한 광학 특성을 갖지는 않아서, 실용화를 위해 그 특성이 더 개량될 필요가 있다.
본발명의 목적은 상기 문제를 해결하고 충분한 비선형 광학 특성을 갖는 실리카 유리 기초의 비선형 광학 박막 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막의 제조방법을 실시하기 위한 장치의 구성도.
도 2 는 이온빔 어시스트(ion beam assist)가 수행되는 동안 쌍극자들이 발생되는 과정을 설명하는 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에 의해 형성된 SiO2-GeO2의 원자간 결합을 도시하는 도면.
도 4 는 폴링(poling)효과를 설명하는 도면.
도 5 는 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 6 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 7 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 8은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 9는 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 10 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 11 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 12 는 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링용 전극구조의 예를 도시하는 도면.
도 13 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에서 폴링을 하기 위한 장치의 예를 도시하는 도면
도 14 는 도 13 에 도시된 장치에서 폴링(poling)을 수행할 때의 온도 및 인가전압의 변화를 도시하는 도면.
도 15 는 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법의 변형예에서 SiO2-GeO2계의 박막 형성과 폴링을 동시에 수행하는 예를 도시하는 도면.
도 16 은 도 15 에 사용된 메쉬(mesh)전극의 평면도.
도 17 은 산소결핍형 타겟이 사용되었을 때 쌍극자들이 발생하는 원리를 도시하는 도면.
도 18a-18d 는 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법의 다른 변형예에 사용된 산소결핍형 타겟의 예를 도시하는 도면.
도 19 는 본발명에 따른 비선형 광학 박막의 비선형 광학 특성을 측정하는 방법을 설명하는 도면.
도 20 은 도 19 에서 도시된 방법에 의한 측정결과를 도시하는 도면.
도 21 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법의 또다른 실시예를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 진공증착실 12: 기판
14: 하스라이너(hearth liner) 16: SiO2-GeO2계 박막
18: 절연막 20: Ag전극
22: 접착제 24: 가열판
26: 유리용기 28: 플로리너트
상기 목적을 달성하기 위해, 본발명에 따라, 이온빔 어시스트(ion beam assist)를 수행하는 동안 전자빔증착에 의해 기판 위에 SiO2-GeO2계 박막을 형성하는 단계 및 상기 박막에 전계를 인가하여 폴링을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비선형 광학 박막 제조방법이 제공된다.
본발명의 한 측면에 따른 비선형 광학 박막 제조방법은 이온빔 어시스트용으로 아르곤, 헬륨 및 네온 이온을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 또다른 측면에 따른 비선형 광학 박막 제조방법은 전자빔 증착과 동시에 전계를 인가하여 폴링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 다른 측면에 따른 비선형 광학 박막 제조방법은 전자빔증착시 산소결핍형 타겟을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 또 다른 측면에 따른 비선형 광학 박막 제조방법은 이온빔 어시스트를 수행하는 동안 전자빔증착에 의해 기판 위에 SiO2-GeO2계 박막을 형성하는 단계 및 이온빔 조사에 의해 촉진되고, 상기 박막 형성 단계보다 더 낮은 에너지의 이온빔 어시스트를 포함하는 배향처리 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 바람직한 실시예는 도면을 참조로 설명될 것이다.
<실시예 1>
도 1 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법을 실시하기 위한 장치의 구성예를 도시한다. 도 1 에서, 예를 들어, 진공증착실(10) 내부에 유리기판 (12)을 배치한다. 그 후, SiO2-GeO2유리가 놓인 하스라이너(hearth liner (crucible))(14)가 배치되고, 그 SiO2-GeO2유리에 전자빔을 조사하여 증발시키는 전자빔증착에 의해 SiO2-GeO2계 박막이 기판(12)의 표면에 형성된다. 그러한 박막을 형성하기 위하여, 전자빔증착 이외에 스퍼터링(sputtering) 등도 사용이 가능하다.
상기 기판(12) 표면에 형성된 SiO2-GeO2계 박막에는, Ge 원소들 가운데 비선형 광학 특성의 기원인 쌍극자(GeE' 센터)가 생성되기 쉽다. 이때문에 SiO2-GeO2계 박막이 비선형 광학 특성을 나타낸다. 본 첫 번째 실시예에서 사용되는 SiO2-GeO2의 GeO2농도는 5 내지 90mol%로 되어 있다.
비선형 광학 특성을 더욱 증가시키려면, 도 1 에서처럼, 전자빔증착으로 SiO2-GeO2계 박막을 형성할 때 이온원으로부터 100eV 내지 1MeV의 강도로 아르곤 이온(Ar+)을 조사하는 것이 효과적이다. 조사되는 이온으로서, 아르곤 이온 외에 헬륨(He)이온 또는 네온(Ne)이온 등도 사용이 가능하다. 도 2 는 이온조사에 의해 쌍극자가 형성되는 공정을 도시한다. 도 2 에서 도시되는 것처럼, 아르곤 이온 빔 어시스트가 수행되는 동안 SiO2-GeO2계 박막이 전자빔증착에 의해 형성되면, 게르마늄 원자에 속박되어 있던 산소원자가 이탈하게 되고, 그렇게 하여 쌍극자가 생성된다. 아르곤 이온 조사가 수행되면, 그렇지 않은 경우에 비해 더 많은 쌍극자들이 생성되어 SiO2-GeO2계 박막의 비선형 광학 특성이 향상될 수 있다.
도 3 은 SiO2-GeO2계 박막의 원자결합 상태를 평면적으로 도시하는 모식도이다. 도 3 은 Geㆍ로 나타낸 부분이 쌍극자임을 도시한다. 비선형 광학 특성은 SiO2-GeO2계 박막에 존재하는 Geㆍ부분으로부터 기원한다.
기판(12) 위의 SiO2-GeO2계 박막이 비선형 광학 특성을 보이도록 하려면, 도 4 에서 도시된 바와 같이 증착된 박막에 전계를 인가하고 상기 박막에 생성된 쌍극자들을 배향할 필요가 있다. SiO2-GeO2계 박막에 전계를 인가하는 조작을 폴링 (poling)이라고 한다. 이 경우에 사용되는 전계의 세기는 50 내지 200kV/cm이다.
SiO2-GeO2계 박막에 전계를 인가할 때 사용되는 전극의 구조가 도 5 내지 도 12에 도시되어 있다. 상기 전계인가(field-applying) 전극들은 전극의 배치, 절연막 유무 및 절연막의 두께에 관해서 변경되는데, 왜냐하면 증착된 SiO2-GeO2계 박막의 용도에 따라 박막의 두께 등이 다르기 때문이다. 상기 도면에서 기판(12)는 40 ×40 ×1mm로 측정되는 SiO2유리이다. 이 기판 위에 상기에서 언급된 방법으로 SiO2-GeO2계 박막(16)을 형성하고, 필요하다면 그 막 위에 진공증착으로 SiO2절연막(18)을 증착시킨다. 전계인가용 Ag전극(20)은 진공증착에 의해 두께 1㎛로 형성된다.
도 5 의 예시에서, 두께 2㎛의 SiO2-GeO2계 박막(16)이 형성되고, 그 위에 SiO2절연막(18)이 3㎛의 두께로 형성된다. 이것은 고전계 강도(high field intensity)에 의한 폴링(poling)을 수행하는 동안 절연파괴(dielectric breakdown)를 방지하기 위한 구조이다.
도 6 의 예시에서는, 도 5 와 동일한 SiO2기판(12) 위에 두께 8㎛의 SiO2- GeO2계 박막(16)이 형성된다. Ag전극(20)이 도 5 의 경우와 유사한 배치로 형성된다. 이 예시에서는, SiO2-GeO2계 박막(16)이 8㎛ 정도로 두껍게 형성되어 절연파괴 발생이 더 줄어들게 되는데, 이것이 도 5 에서 제시되었던 SiO2절연막(18)이 이곳에서는 생략된 이유이다.
도 7 의 예시에서, 기판(12), SiO2-GeO2계 박막(16) 및 절연막(18)의 관계는 도 5 와 같고, 기판(12) 및 SiO2-GeO2계 박막(16)의 두께는 도 5 의 경우와 같다. 그러나, 도 7 에서는, 두 Ag전극(20)은 기판(12)과 SiO2-GeO2계 박막(16) 사이에 배치된다. 따라서, SiO2절연막(18)의 두께는 도 5 의 3㎛보다 1㎛ 더 얇은 2㎛가 된다.
도 8 의 예시에서는, 도 7 과는 대조적으로, 두 Ag전극(20)이 SiO2절연막 (18)과 SiO2-GeO2계 박막(16) 사이에 배치된다. 그 결과, 절연파괴를 방지하기 위한 SiO2절연막(18)의 두께는 4㎛가 된다.
도 9 의 예시에서는, 도 7 과 같이 Ag전극(20)이 SiO2-GeO2계 박막(16)과 기판(12) 사이에 배치된다. 이 경우에, 절연파괴 방지 조치로서, SiO2-GeO2계 박막(16)이 4㎛로 두껍게 형성되어 SiO2절연막(18)이 불필요하게 된다.
도 10 의 예시에서는, 도 8 처럼, Ag전극(20)은 SiO2-GeO2계 박막(16) 위에 형성된다. 도 8 과의 차이점은 절연파괴 방지용 SiO2절연막(18) 대신 또 다른 SiO2-GeO2계 박막(16)이 Ag전극(20) 위에 형성되는 것이다. 이 경우, 기판(12) 위의 SiO2-GeO2계 박막(16)의 두께는 2㎛이고 Ag전극(20) 위의 또 다른 SiO2-GeO2계 박막(16)의 두께는 4㎛이다.
도 11의 예시에서는, 도 10 처럼 Ag전극(20)이 SiO2-GeO2계 박막(16) 위에 형성되고 Ag전극(20)은 아랄다이트(Araldite)같은 접착제(22)로 피복된다. 따라 서, 이 예시에서 접착제(22)는 절연파괴를 방지하는데 사용된다.
도 12 에 도시된 예에서는, 도 10 과 같이, Ag전극(20)이 SiO2-GeO2계 박막 (16) 위에 형성되지만, 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 SiO2막이 절연파괴 방지를 위한 절연막으로서 사용된다. 한편, 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 SiO2막은 침지 공정(dip process)을 거치기 때문에, 기판(12)의 아래 부분은 역시 SiO2막으로 덮인다.
전극을 구비하고, 상기에서 설명한 바와 같이 형성된 SiO2-GeO2계 박막(16) 및 기판(12)은 도 13 에 도시된 폴링장치에 의해 폴링이 된다. 도 13 에서, 불활성 절연유인 플로리너트(Flourinert)(28)를 가열판(24) 위에 배치된 유리용기 (26)로 붓는다. 상기 플로리너트(28)는 끓는점이 215℃이고 절연내력이 200 kV/cm이다. 기판(12) 위에 형성되어 전극(20)을 포함하는 SiO2-GeO2계 박막(16)은 플로리너트(28)로 침지되고, Ag전극(20)에 전압이 인가될 때 소정의 강도로 전계가 작용한다. 따라서, SiO2-GeO2계 박막(16)의 쌍극자들이 배향된다. 플로리너트(28)는 가열판(24)에서 가열되고 그 온도는 열전쌍(30)으로 측정된다.
도 14(a), 14(b) 및 14(c)는 도 13 에서 도시된 폴링장치에서 폴링이 수행 될 때 플로리너트(28)의 온도와 SiO2-GeO2계 박막(16)에 인가된 전계강도의 관계를 도시한다. 도 14(a) 는 폴링을 수행하는 동안 플로리너트(28)의 온도변화를 도시한다. 이 경우, 플로리너트 온도는 다음과 같이 변한다. 플로리너트 온도는 실온에서부터 점진적으로 증가하고, 소정의 폴링온도에 도달하면, 온도는 소정의 시간동안 일정하게 되고 점차 실온으로 하강한다.
도 14(b) 는 도 14(a) 에 도시된 온도변화에 따라 SiO2-GeO2계 박막(16)에 인가된 전계강도를 변화시키는 패턴을 도시한다. 도 14(b) 의 패턴을 이용하여 폴링이 수행될 때, 폴링온도는 200℃로 채택된다. 온도가 실온으로부터 증가하여 폴링온도 200℃에 도달할 때까지 전계강도는 V1(50kV/cm)로 일정하게 유지되고, 폴링온도에 도달하게 되면, 전계강도는 V2(100kV/cm)로 증가된다. 전계강도는 도 14(a) 와 동일한 소정의 시간동안 V2로 일정하게 유지된다. 이 후, 전계강도는 다시 V1으로 낮추어지고 플로리너트 온도는 점차 감소한다 . 온도가 낮을 때전계강도가 낮게 유지되는 이유는 만일 낮은 온도에서 높은 전계강도가 인가되면 절연파괴가 발생하기 쉽기 때문이다.
도 14(c) 에서는, 폴링온도가 250℃로 채택되고, 첫 번째 단계의 전계강도 V1 은 70kV/cm, 두 번째 단계의 전계강도 V2는 120kV/cm이다. 플로리너트(28)의 온도가 상승하는 단계에서, 전계강도는 연속적으로 V1에서 V2로 상승한다. 이 후, 플로리너트 온도가 폴링온도에서 유지되는 동안, 전계강도는 역시 V2에서 유지 된다. 소정의 시간이 경과한 후, 전계강도는 온도가 감소함에 따라 V2에서 V1으로 연속적으로 감소한다.
즉, 온도가 낮은 동안은, 절연파괴가 발생하는 경향이 있기 때문에, 전계강도는 비교적 낮은 레벨을 유지하고, 플로리너트(28)의 온도가 목표로 하는 폴링온도에 도달하면 더 높은 전계강도가 설정된다. 이런 식으로, 절연파괴를 발생시키지 않고 높은 전계강도를 인가하여, 쌍극자들을 적절히 배향시킬 수 있다. 따라서, SiO2-GeO2계 박막(16)이 비선형 특성을 충분히 나타낼 수 있게 된다. 플로리너트(28)의 온도가 감소하는 단계에서 소정의 전계강도가 0(zero)으로 감소되지 않고 계속 인가된다. 이렇게 함으로써 쌍극자 배향성을 촉진시켜 비선형 광학 특성을 향상시킨다.
도 15는 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법의 변형예를 도시한다. 도 15의 방법에 따르면, 기판(12) 위에 SiO2-GeO2계 박막(16)을 형성하는 것과 동시에 폴링이 수행된다. 보다 자세히 설명하면, 기판(12)의 뒷 면에 폴링용 전극(32)이 형성되고, 전자빔증착으로 SiO2-GeO2계 박막(16)이 증착되는 기판(12)의 앞 면에는 메쉬(mesh)전극(34)이 배치된다. 도 16 은 메쉬전극(34)의 평면도이다. 도 16 에 도시된 것처럼, 메쉬전극(34)은 그 안에 전자빔증착을 위한 SiO2-GeO2분자와 이온조사용 Ar+이온을 통과시키는 소정 갯수의 홀(hole)(36)을 형성한다.
이러한 구성에서, 아르곤 이온에 의한 이온빔 어시스트를 수행하는 동안 전자빔증착에 의해 기판(12) 표면에 SiO2-GeO2계 박막(16)이 형성되고, 전극(32)와 메쉬전극(34) 사이에 전압이 인가되어 전계가 형성된다. 이 전계는 SiO2-GeO2계 박막 (16)에 존재하는 쌍극자들을 배향시킨다. 따라서, 효율적인 쌍극자의 생성 및 배향이 가능해져, 비선형 광학 특성을 갖는 SiO2-GeO2계 박막(16)이 만들어질 수 있다.
도 17 은 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법의 다른 변형예의 원리를 도시한다. 본 변형예에서, SiO2-GeO2계 박막(16)의 원료로서 전자빔이 조사되는 SiO2-GeO2계 유리에 산소결핍형 재료가 사용되고 있다. 이 방법에 의하면 비선형 광학 특성의 기원이 되는 쌍극자의 양을 증가시키는 것이 가능하다. 그 이유는 다음과 같다. 산소결핍형 재료가 사용되면, SiO2-GeO2계 박막 내에서 산소결핍이 많아지게 되어 쌍극자 즉, GeE'의 기원으로서 O3- Ge - Ge - O3결합의 존재 가능성이 생기고, 쌍극자의 농도를 증가시킨다. 도 17 에 도시된 O3- Ge - Ge - O3결합에서 그 Ge - Ge 결합은 자외선 또는 이온에 의해 파괴되기 쉽고 Ge원자들은 쌍극자( GeE' 센터 )로 변하기 쉽다.
도 18(a) 내지 18(d)는 전자빔증착용 타겟으로 사용되는 산소결핍형 재료의 예들을 도시한다. 도 18(a) 에서는, 한 개의 하스라이너(hearth liner )(14)에 SiO-GeO2를 담아서 그것을 타겟으로 사용한다. 도 18(b) 에서는, 두 개의 하스라이너(14)가 제공되어 하나는 SiO를, 다른 하나는 GeO2를 담아 각각 전자조사 (ele ctron radiation)의 타겟으로 사용된다. 또한 도 18(c)에서, 두 개의 하스라이너(14)가 제공되어 하나는 SiO2를, 다른 하나는 Ge를 각각 담고 전자조사의 타겟으로 사용된다. 도 18(d) 에서도 두 개의 하스라이너(14)가 제공되어 하나는 SiO를, 다른 하나는 Ge를 담아 각각 전자조사의 타겟으로 사용된다
상기 언급된 SiO, SiO2, Ge 및 GeO2는 과립형, 정제형 또는 다른 어떤 형태로도 각각에 대하여 독립적으로 사용되거나, 또는 핫프레스(hot-press)된 그 재료들의 산소결핍형 타블렛이 사용될 수 있다.
그렇게 형성된 SiO2-GeO2계 박막의 비선형 광학 특성은 도 19 에 도시된 장치로 측정된다. 도 19 에서, 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에 의해 제조된 SiO2-GeO2계 박막의 샘플은 Nd:YAG 레이저로부터 발생한 레이저빔으로 조사되고, 상기 샘플로부터 나오는 빛의 파장은 검출기로 검출된다. 상기 레이저빔의 파장은 1064nm이고, 만일 상기 샘플이 비선형 광학 특성을 갖는다면, 제 2 고조파 (second harmonic generation) 즉, 레이저빔 파장의 1/2인 파장을 갖는 빛이 발생한다. 따라서, 이 경우에 검출기에 측정된 파장은 532nm이다. 측정결과들이 도 20 에 도시되어 있다. 도 20 에서, 횡축은 레이저빔의 입사각을 나타내고 종축은 제 2 고조파의 강도를 나타낸다. 도 20 에서 명백한 것처럼, 표본이 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에 의해 제조된 SiO2-GeO2계 박막일 때, 레이저빔 입사각에 대응되는 제 2 고조파를 확인할 수 있고, 샘플로서 사용된 SiO2-GeO2계 박막이 비선형 광학 특성을 갖는다는 사실이 명확해졌다.
이상 설명한 바와 같이, 본발명에 따른 비선형 광학 박막 제조방법에 따라 유리(SiO2-GeO2계 유리)같이 비선형 광학 특성이 없는 물질이 비선형 광학 특성을 보이도록 만들어 질 수 있다. 따라서, 광통신재료로서 우수한 유리 재료에서 비선형 광학 박막이 형성될 수 있다. 그러므로 전송용 광화이버의 코어(core)부분과 동일한 재료로 비선형 광학 박막이 형성될 수 있고, 그 결과 굴절율, 열팽창율 등과 같은 물리적 특성차로 인한 손실이 제거될 수 있다. 더우기, SiO2-GeO2계 유리는 광전송손실이 적고, 유전율이 작으며 성형성(formability)도 우수하여 저손실 고속동작이 가능한 광집적회로를 실현시킬 수 있다.
표 1은 본발명에 따른 SiO2-GeO2계 박막의 특성과 비선형 박막으로 이용되어 왔던 강유전체(LiNbo3) 및 유기재료(MNA :2-메틸-4-니트로아닐린)의 특성을 비교하여 평가한 결과를 도시한다.
표 1 에서 도시된 바와 같이, 본발명에 따른 SiO2-GeO2계 박막은 비선형 광학 특성에 있어서 실용화된 LiNbO3와 같은 정도의 성능을 보이지만, 다른 특성에 있어서는, LiNbO3및 NMA보다 우수하다. 무엇보다, 유리재료인 SiO2-GeO2계 박막은 유리재료로 구성된 광화이버(optical fiber)와 물리적인 특성면에서 차이가 없고, 광화이버와의 접속성이 우수하다.
이상 설명한 바와 같이, 본실시예에 따라, 타겟으로서 제공된 SiO2-GeO2계 유리는 전자빔증착에 의해 기판에 증착된다. 증착공정과 동시에 이온빔 어시스트가 수행되기 때문에, 증착된 SiO2-GeO2계 박막에는 쌍극자들이 생성되고 폴링(pol ing)으로 상기 쌍극자들을 배향함으로써, 상기 증착된 박막은 비선형 광학 특성을 갖는 비선형 광학 박막으로 만들어질 수 있다.
전자빔증착과 폴링이 동시에 수행된다면, SiO2-GeO2계 박막에 형성된 쌍극자들은 효율적으로 배향될 수 있다.
전자빔증착의 타겟으로서 산소결핍형 타겟을 사용함으로써, SiO2-GeO2계 박막의 쌍극자들은 더욱 용이하게 형성되어 상기 막의 비선형 광학 특성을 향상시킬 수 있다.
<실시예 2>
도 21(a) 내지 21(c)는 두 번째 실시예에 따른 비선형 광학 박막 제조방법의 단계를 도시한다.
도 21(a) 에서는, 하스라이너(도시하지 않음)에 채워진 SiO2-GeO2계 유리에 전자빔을 조사하여 기판(12) 의 표면에 SiO2-GeO2계 박막(16)을 증착한다. SiO2- GeO2계 박막(16)이 이와 같이 기판(12) 위에 전자빔증착될 때, 이러한 증착공정을아르곤 이온(Ar+)를 주입한 이온빔 어시스트와 동시에 수행한다. 이 경우 아르곤 이온의 주입에너지 범위는 1keV 내지 1MeV이다. 이온빔 어시스트에 사용되는 이온으로서 아르곤 이외에 헬륨(He) 및 네온(Ne)같은 불활성기체의 이온도 사용될 수 있다. 이상 언급된 단계들이 본발명에 따른 박막 형성과정을 구성한다.
SiO2-GeO2계 박막(16)을 증착하는 동안 아르곤 이온에 의한 이온빔 조사가 수행될 때, 아르곤 이온들은 SiO2-GeO2분자들과 충돌하여 비선형성의 기원이 되는 쌍극자(GeE' centers)를 생성한다. 이 공정에서, 예를 들어, 기판(12)이 약 300℃로 가열된다면, 쌍극자들은 더욱 효과적으로 형성될 수 있다.
도 21(b) 에 도시된 것처럼 SiO2-GeO2계 박막(16)이 형성되었을 때, 생성된 쌍극자들(40)은 임의의 방향성을 갖는다. 따라서, 이러한 조건에서 SiO2-GeO2계 박막은 비선형적 특성을 나타낼 수 없다. 그래서, 도 21(c) 에 도시된 바와 같이, SiO2-GeO2계 박막(16)이 어느 정도의 최종 두께로 성장한 후, 이온빔조사용 아르곤 이온의 주입에너지는 100eV 내지 500eV 정도로 낮추어 진다. 도 21(a) 에서의 박막증착 공정의 경우보다 보다 낮은 에너지의 아르곤 이온으로 이온빔 어시스트를 행하여 배향처리공정을 수행함으로써, 아르곤 이온들이 SiO2-GeO2계 박막(16)의 표면에 축적될 수 있다. 한편, 기판(12)의 뒷면에는 하부전극(38)이 형성되어 접지된다. 따라서, SiO2-GeO2계 박막(16)에 축적된 아르곤 이온(양이온)과 하부전극(38) 사이에 전계가 형성되고, 이 전계에 의해, SiO2-GeO2계 박막(16)의 쌍극자들(40)이 일정방향으로 배향된다. 따라서, SiO2-GeO2계 박막(16)이 비선형성을 갖게 된다.
이상 언급된 바와 같이, 기판(12)의 표면에 SiO2-GeO2계 박막(16)이 형성되었을 때, 이온빔 어시스트용 아르곤 이온의 주입 에너지를 변화시켜 비선형성의 기원으로서의 쌍극자들을 형성하고 배향하므로, SiO2-GeO2계 박막(16)이 증착된 후 부가적인 폴링공정을 수행할 필요가 없다.
도 21(a) 내지 21(c)를 수 회 반복함으로써, SiO2-GeO2계 박막(16)을 원하는 두께로 성장시킬 수 있다.
종래 배향처리공정의 폴링에서는 SiO2-GeO2계 박막(16)의 전표면을 덮는 전극을 이용하여 분자배향처리가 수행되므로, 특정한 패턴의 쌍극자들만을 막방향으로 배향하도록 배향처리공정을 제어할 수 없었다.
이와는 대조적으로, 본 두 번째 실시예에 의한 비선형 광학 박막 제조방법에 따르면, 예를 들어, 도파로 패턴(waveguide pattern)같은 형태로 하부전극(38)을 형성하여 기판(12)의 소정 영역의 쌍극자(40)만 배향할 수 있는데, 즉, 쌍극자(40)를 소정의 패턴으로 용이하게 배향할 수 있게 되는 것이다. 따라서, 도파로 또는 유사한 장치들을 용이하게 제조할 수 있다.
더우기, 상기 언급된 배향처리공정의 패턴제어는 증착된 막 위에 소정의 패턴으로 이온빔 어시스트용 아르곤 이온빔을 스캐닝(scanning)하는 식으로 수행될 수도 있다. 이 방법을 이용하면 소정의 패턴으로 하부전극(38)을 형성하기 위해 포토리소그래피(photolithography)를 수행할 필요가 없게 된다. 게다가, 도 21(a) 내지 21(c) 의 단계를 반복할 때마다, 아르곤 이온의 조사패턴을 변화시킴으로써, 다른 패턴의 도파로를 만들 수 있다. 따라서 2차비선형성을 3차원적으로 적층시킨 구조를 제조하는 것이 용이해진다.
SiO2-GeO2계 박막(16)을 형성한 이후, 예를 들어, 아르곤 이온의 주입에너지를 변화시키고 이온의 에칭효과를 이용함으로써, 마스크리스 공정(maskless process)에서 주기구조 및 광도파로와 같은 미세한 구조를 만드는 것이 가능하다.
이상 설명된 바와 같이, 제 2 실시예를 따르면, 쌍극자의 형성 및 배향처리는 이온빔 어시스트를 수행하는 동안 SiO2-GeO2계 박막을 형성하고 이온의 주입에너지를 제어하는 일련의 공정으로 수행될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본실시예에 따라, 타겟으로서 제공된 SiO2-GeO2계 유리는 전자빔증착에 의해 기판에 증착된다. 증착공정과 동시에 이온빔 어시스트가 수행되기 때문에, 증착된 SiO2-GeO2계 박막에는 쌍극자들이 생성되고 폴링(pol ing)으로 상기 쌍극자들을 배향함으로써, 상기 증착된 박막은 비선형 광학 특성을 갖는 비선형 광학 박막으로 만들어질 수 있다.
한편, 쌍극자의 형성 및 배향처리는 것은 이온빔 어시스트를 수행하는 동안 SiO2-GeO2계 박막을 형성하고 이온의 주입에너지를 제어하는 일련의 공정으로 수행될 수 있다.

Claims (5)

  1. 이온빔 어시스트(ion beam assist)를 수행하는 동안 전자빔 증착에 의해 기판 위에 SiO2-GeO2계 박막을 형성하는 단계, 및
    상기 박막에 전계를 인가하여 폴링(poling)을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비선형 광학 박막의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 이온빔 어시스트에는 아르곤, 헬륨 및 네온 이온 중 어느 것을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 비선형 광학 박막의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자빔증착과 동시에 전계를 인가하여 폴링(poling)을 수행하는 것을 특징으로 하는 비선형 광학 박막의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전자빔 증착에 산소결핍형 타겟이 이용되는 것을 특징으로 하는 비선형 광학 박막의 제조방법.
  5. 이온빔 어시스트(ion beam assist)를 수행하는 동안 전자빔 증착에 의해 기판 위에 SiO2-GeO2계 박막을 형성하는 박막 형성단계, 및
    상기 박막 형성단계보다 더 낮은 에너지의 이온빔 어시스트를 포함한 분자 배향처리를 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비선형 광학 박막의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013207903A1 (de) * 2013-04-30 2014-10-30 Carl Zeiss Vision International Gmbh Verfahren zum Beschichten einer Brillenlinse
CN111500985B (zh) * 2020-05-19 2022-08-02 中国科学院光电技术研究所 一种用于低应力全介质光学薄膜的制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0642003B2 (ja) * 1983-09-20 1994-06-01 オリンパス光学工業株式会社 光学部品の反射防止膜とその形成方法
US4906524A (en) * 1987-05-29 1990-03-06 Orient Watch Co., Ltd. Surface-coated article and a method for the preparation thereof
JPH03202461A (ja) * 1989-12-29 1991-09-04 Nissin Electric Co Ltd 高絶縁酸化ケイ素薄膜の形成方法
DE4128547A1 (de) * 1991-08-28 1993-03-04 Leybold Ag Verfahren und vorrichtung fuer die herstellung einer entspiegelungsschicht auf linsen
CH683776A5 (de) * 1991-12-05 1994-05-13 Alusuisse Lonza Services Ag Beschichten einer Substratfläche mit einer Permeationssperre.
DE59309018D1 (de) * 1992-07-02 1998-11-05 Balzers Hochvakuum Verfahren zur Herstellung einer Metalloxidschicht, Vakuumbehandlungsanlage hierfür sowie mit mindestens einer Metalloxidschicht beschichteter Teil
US5462779A (en) * 1992-10-02 1995-10-31 Consorzio Ce.Te.V. Centro Tecnologie Del Vuoto Thin film multilayer structure as permeation barrier on plastic film
JP2991892B2 (ja) 1993-05-28 1999-12-20 信越石英株式会社 非線形光学シリカガラスおよびその製造方法
JP2900759B2 (ja) * 1993-07-20 1999-06-02 信越化学工業株式会社 珪素酸化物蒸着用材料及び蒸着フィルム
IT1272248B (it) * 1994-05-12 1997-06-16 Univ Roma Fotorivelatore a spettro variabile controllato in tensione, per applicazioni di rivelazione e ricostruzione di immagini bidimensionalia colori
US5703710A (en) * 1994-09-09 1997-12-30 Deacon Research Method for manipulating optical energy using poled structure
JP3119131B2 (ja) * 1995-08-01 2000-12-18 トヨタ自動車株式会社 シリコン薄膜の製造方法及びこの方法を用いた太陽電池の製造方法
JP2775416B2 (ja) * 1995-12-08 1998-07-16 工業技術院長 紫外光照射により体積変化するガラス材料
CN1126972C (zh) * 1998-03-12 2003-11-05 丰田自动车株式会社 制造光学非线性薄膜波导的方法和光学非线性薄膜波导
JP3533950B2 (ja) * 1998-08-07 2004-06-07 トヨタ自動車株式会社 非線形光学シリカ薄膜の製造方法及び非線形光学シリカ素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100909428B1 (ko) * 2007-12-08 2009-07-28 주식회사 유성진공 이온빔 보조 전자빔 다층막 증착장치

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