Ученые Пермского университета (ПГНИУ, входит в НОЦ «Рациональное недропользование») исследовали зависимость плотности дефектов кристалла ниобата лития от параметров его термообработки. Полученные данные позволят изготавливать высокостабильные фотонные интегральные схемы для навигационных систем и оптических систем передачи данных.
Характеристики оптической интегральной схемы существенно зависят от того, какое количество дефектов содержится в исходном кристалле, особенно в его приповерхностном слое, где и создаются световоды. Кристаллы разных производителей могут иметь одинаковые паспортные характеристики, и в то же время значительно отличаться друг от друга с точки зрения процедуры создания волноводов, так как, свойства приповерхностного слоя не исследуются и не прописываются в паспорте.
«Мы подобрали метод травления кристаллов, позволяющий измерить плотность в них определенных дефектов — дислокаций. Результаты этих измерений мы подтвердили с помощью рентгеновского анализа. Кроме того, нам удалось определить, как лучше отжечь кристалл – при какой температуре и сколько времени его нужно держать в печи для уменьшения количества дефектов.
Все это вместе позволяет при производстве отличать плохие кристаллы от хороших и получать оптические волноводы с высокой стабильностью свойств, то есть работающие безотказно в течение десятилетий», — рассказывает Роман Пономарев, участник исследования и руководитель молодежной лаборатории интегральной фотоники, созданной в ПГНИУ в рамках НОЦ.
В ходе исследования ученые нагревали пластины ниобата лития в течение различного времени и исследовали плотность дислокаций после такой обработки.
Согласно полученным данным, оптимальная температура отжига составляет 500 градусов Цельсия, при длительности четыре часа. При этом по данным рентгеновского анализа плотность дефектов структуры в образцах различных производителей снижалась более, чем в три раза.
Еще более важные результаты были обнаружены при нагревании готовых интегральных схем. Ученые выяснили, что таким образом можно восстановить свойства волноводов. Эти результаты особенно ценны с точки зрения повышения однородности структуры приповерхностного слоя и формирования более стабильных оптических волноводов, интегрально-оптических схем и элементов на кристалле.
Ученые полагают, что полученная модель может быть использована и для других типов материалов в телекоммуникации, навигации и других областях.
Результаты исследования представлены в журнале Chinese Optics Letters.