KR20030048386A - 접촉전극과 전해액을 이용한 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)의 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 접촉전극(도1)과 전해액(5)을 이용하여 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)에 고압의 전계를 인가하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트 (LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)를 제작하는 방법에 관한것으로 기존의 방법에 비해 제작방법이 단순화되고 대량생산에도 유리한 장점을 가진다. 접촉 전극은 실리콘(Si) 웨이퍼(wafer)(1)상에 형성된 폴리머(Polymer)물질(2)과 상기 폴리머(Polymer) 물질(2)상에 형성된 주기적인 모양을 가진 금속전극(3)으로 구성된다.
Description
리튬나오베이트(LiNbO3) 결정은 높은 비선형 계수를 가짐으로 인해서 비선형 효과를 이용하는 많은 광 소자의 제작에 사용되어지고 있다. 특히 최근 들어 정보의 고밀도 저장을 위한 광디스크의 픽업용 광원으로의 사용이 기대되는 초소형 청색 레이져의 제작과 기하급수적으로 늘어가는 인터넷 정보의 효율적인 처리가 가능한 광네트워크 구성을 위한 필수적인 소자인 광파장변환기(Optical WavelengthConverter)의 제작에 높은 비선형 효과를 가진 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정이 사용되어지고 있다.
상기와 같은 초소형 청색 레이져나 광파장변환기(Optical Wavelength Converter)의 효율적인 동작을 위해서는 입력광의 파장과 출력광의 파장의 위상을 일치시켜야 하는데 이를 위상정합(Phase Matching)이라한다. 이러한 위상정합 방법으로 최근에 준위상정합(Quasi Phase Matching) 방법이 높은 효율성으로 인하여 사용되어지고 있다.
상기의 준위상정합(Quasi Phase Matching) 방법을 이용하기 위해서는 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정이 가지고 있는 자연분극방향 즉 광축의 방향을 주기적으로 반대로 만들어주는 과정이 필요한데 이를 주기적 분극반전 이라하며 이렇게 주기적으로 분극방향이 반대로 형성된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3)[PPLN:Periodically Poled LiNbO3)라 한다.
주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정을 제작하는 방법에는 티타늄(Ti) 박막을 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정 내부로 확산시키는 방법, 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정에서 Li2O를 외부로 확산시키는 방법과 외부에서 고압의 전계 (21kv/mm)를 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정에 인가하는 방법등이 있으며 현재는 이중에서 분극반전 특성이 가장 우수한 고압의 전계를 인가하는 방법을 사용한다.
일반적으로 리튬나오베이트(LiNbO3) 결정에 고압의 전계를 인가하여 주기적으로 분극반전을 형성시키는 방법은 도 5 와 같다.
도 5 의 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(9)의 한쪽 면 상에 주기적인 모양을 가진 금속전극(8)을 형성시키고 반대쪽 면 상에 평면 금속전극(10)을 형성시킨후 양단의 금속전극(8,10)에 고압의 전계를 인가하게 되면 고압의 전계가 인가되는 부분 즉 주기적인 모양을 가진 금속전극(8)과 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼 (wafer)(9)가 접촉하고 있는 부분은 분극반전이 형성되고 접촉하지 않는 부분은 분극반전이 형성되지 않아서 주기적으로 분극반전이 된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 제작할 수 있다.
상기의 방법으로 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼 (wafer)를 제작하기 위해서는 주기적인 분극반전을 형성시키고자 하는 개별 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)마다에 도 5 에서와 같이 금속전극(8,10)을 형성시켜야 하며 이러한 공정과정을 거쳐서 제작된 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3)를 초소형 청색 레이져와 광파장변환기 등의 소자제작에 이용하기 위해서는 공정과정에 사용된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(9)의 양면에 형성된 금속전극(8,10)을 제거하는 공정이 추가적으로 포함되어야 한다.
본 발명에서는 주기적 분극반전 공정에 사용되는 금속전극을 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)에 직접 형성시키지 않고 따로 제작된 접촉전극(도1)과 전해액(5)을 이용하여 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)에 고압의 전계를 인가하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 제작함으로써 기존의 방법에 비해 제작과정을 단순화 시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명에서 사용되는 접촉전극의 단면도.
도 2 는 본 발명에서 사용되는 접촉전극(도1)의주기적인 모양을 가진 금속전극(3) 쪽에서 바라본 평면도.
도 3 은 본 발명에서 접촉전극(도1)과 전해액(5)을 이용하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)를 제작하기 위한 구성도.
도 4 는 도 3 에서 접촉전극(도1)과 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼 (wafer) (4)를 제거한후 용기(6)의 고무링 부분(7)의 상측에서 바라본 평면도.
도 5 는 기존의 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 제작하기 위하여 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(9)의 양쪽 면에 금속전극(8,10)을 형성시킨 구성의 단면도.
도 6 은 도 5 의 주기적인 모양을 가진 금속전극(8)의 평면도.
도 7 은 도 5 의 평면 금속전극(10)의 평면도.
-- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --
1: 실리콘(Si) 기판
2: 폴리머(Polymer) 물질
3: 주기적인 모양을 가진 금속전극
4: 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)
5: 전해액
6: 절연용기
7: 고무링
8: 주기적인 모양을 가진 금속전극
9: 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)
10: 평면 금속전극
본 발명은 따로 제작된 접촉전극(도1)과 전해액(5)을 이용하여 리튬나오베이트 (LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)에 고압의 전계를 인가하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 제작하는 방법에 관한 것이다.
접촉전극은 도 1 과 같이 실리콘(Si)기판(1)상에 폴리머(Polymer)물질(2)을 형성하고 폴리머(Polymer)물질(2) 상에 도 2 와 같은 주기적 모양을 갖는 금속전극 (3)을 형성함으로써 구성된다. 상기의 접촉전극을 이용하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 제작하는 방법의 구성도는 도 3 과 같다.
도 3 에서 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 한쪽 면상에 따로 제작된 접촉전극(1,2,3)을 접촉시키고 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 양면이 전기적으로 절연상태를 유지하기 위하여 절연용기(6)의 고무링(7) 부분에 접촉전극(1,2,3)이 접촉되지 않은 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 한쪽면을 밀착시킨다. 상기의 상태에서 전해액(5)을 절연용기(6)에 채운 후 상측과 하측의 전해액(5)에 고압의 전계를 인가하게되면 절연용기(6) 상단의 전해액(5)과 접촉전극(1,2,3)의 주기적인 모양을 가진 금속전극(3)과 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 상측면이 전기적으로 접촉해 있고 절연용기(6) 하단의 전해액(5)과 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 하측면이 전기적으로 접촉해 있기때문에 결과적으로 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 양단에 고압의 전계가 인가된다. 이로 인해서 접촉전극(1,2,3)의 금속전극(3)과 동일한 모양을 가진 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)를 제작할 수 있다.
상기의 제작방법에서 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4) 상측의 전해액(5)과 접촉전극(1,2,3) 하단의 금속전극(3)이 전기적으로 접촉하기 위해서 반드시 금속전극(3)의 면적은 주기적으로 분극반전을 형성하고자 하는 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 면적보다 커야만 한다. 상기에 사용된 전해액(5)은 염화리튬(LiCl)과 물의 혼합액으로 구성된다.
본 발명은 도 5 와 같이 기존에 사용되는 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(9)의 양쪽 면에 직접 금속전극(8,10)을 형성하고 상기의 금속전극(8,10)에 고압의 전계를 인가하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트 (LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(9)를 제작하고 이 후에 불필요한 금속전극(8,10)을 제거해야 하는 방법에 비하여 외부에서 따로 제작된 접촉전극(1,2,3)을 리튬나오베이트 (LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)상에 접촉시키고 전해액(5)을 이용하여 고압의 전계를 인가함으로써 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)를 제작할 수 있음으로 인해 제작공정을 단순화 시킬 수 있으며 제작된 접촉전극(1,2,3)을 반복적으로 사용할 수 있으므로 제작비용을 절감시키는 효과를 가지며 대량생산에도 유리한 장점을 가진다.
Claims (2)
- 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 양면을 절연용기(6)와 고무링 (7)을 이용하여 전기적으로 절연시킨 상태에서 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼 (wafer)(4)의 한쪽 면상에 접촉전극(1,2,3)을 접촉시키고 전해액(5)을 이용하여 접촉전극의 금속전극(3) 부분과 리튬나오베이트 (LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)의 다른 한쪽 면에 고압의 전계를 인가하여 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)를 제작하는 방법.
- 주기적으로 분극반전된 리튬나오베이트 (LiNbO3) 웨이퍼(wafer)(4)를 제작하기 위하여 리튬나오베이트(LiNbO3) 웨이퍼 (wafer)(4)의 한쪽 면상에 접촉전극 (1,2,3)을 접촉시켜 고압의 전계를 인가하는 방법.
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