臺灣博碩士論文加值系統

鐵電薄膜鋯鈦酸鉛鑭材料，具有導電常數大、自發極化強、電光係數高、與現有的積體工藝相容等特點，因而在積體鐵電學以及積體光學特別是光通信器件領域有著非常好的應用前景。本研究乃採用溶膠-凝膠法製備PLZT薄膜(PLZT10/3070)，是銦錫氧化物(ITO)為基材，考慮有無緩衝層，不同厚度的緩衝層鈦酸鉛(PT)和鈦酸鉛鑭(PLT)，及以溶膠-凝膠法製備上層二氧化錫(SnO2)導電薄膜，最後以電光調制線性外差干涉儀(electro-optic modulated linear heterodyne interferometer)來量測其電致雙折射中之相位延遲(retardance) ， 及用可見光紅外線光譜儀(UV-VIS Spectrometer)來量測其穿透率(transmittance)，並進行比較與討論。由外差干涉儀量測結果可知，四分之一波片之主軸從0 度到180 度每次旋轉5 度(含22.5 度)共37 次，主軸角度的相關係數被發現是0.99997，主軸角度的平均相對誤差被確定為0.66%，當主軸角度在22.5度時，主軸絕對誤差為0.075 度，十次量測所得相位延遲平均相對誤差0.47%，可知成功驗證量測系統與方法。在外加直流電壓0 至0.5 伏特間隔0.1 伏特下，PLZT 的平均相位延遲為15.20 °；PLZT 含PT 的平均相位延遲為15.34 °；PLZT 含PLT 的平均相位延遲為16.88°。在400 奈米到700奈米的範圍，沒有加緩衝層的PLZT 薄膜平均穿透率72.36％；PLZT 薄膜含PT 的平均穿透率為63.47％；PLZT 薄膜含PLT 的平均穿透率為71.27％；以上是以ITO 基材在500℃退火為穿透率基準，PT 與PLT 厚度為24奈米，PLZT 厚度為500 奈米。經比較知含有緩衝層的PLZT 薄膜，相位延遲都比純PLZT 薄膜來的高；含有PLT 緩衝層的PLZT 薄膜的穿透率比含PT 緩衝層的PLZT 薄膜來的高；最後可知緩衝層在相位延遲與穿透率扮演重要的角色，可能因提高了PLZT 薄膜的結晶性。

Ferroelectric films as PLZT have the characteristics of big electric conduction constant, strong self polarization, high electro-optic coefficient and good integration with semiconductor technique. Hence, integrated ferroelectrics and integrated optics especially have excellent applications in optic communications. This study is to adopt sol-gel method to manufacture the PLZT films, using ITO glass as substrate, considering with or without a seeding layer, trying different thickness of a seeding layer as PT or PLT, and also using sol-gel method to manufacture the upper SnO2 film. Finally, using two linear heterodyne interferometers to measure the electric-field-induced birefringence of the PLZT films including the principal axis angle and the retardance. Next, using a UV-VIS spectrometer to measure the transmittances of PLZT films. Further, to make comparisons and discussions. According to the experimental results by the heterodyne interferometer, the principal axis of a quarter-wave plate is rotated 0 to 180°in increments of 5°(22.5°is included), the correlation coefficient is determined to be 0.99997 and the average relative error of the principal axis is 0.66%. When the principal axis is orientated at 22.5 ° , the average relative error of the retardance for ten times measurements is 0.47%. These results validate the measurement system methodology. The applied voltage on the PLZT films is from 0 to 0.5V in increments of 0.1V. The average retardance of PLZT film is determined as 15.20°. Further, the average of retardance of PLZT films of a PT or PLT layer is determined as 15.34° and 16.88°, respectively. From 400nm to 700nm, the transmittance of PLZT film without a seeding layer isdetermined as 72.36%. Further, the transmittances of PLZT films with a seeding layer as PT or PLT are determined as 63.47% and 71.27%, respectively. As above, the reference ITO is annealed at 500℃. The thickness of PT or PLT is 24nm, respectively, and that of PLZT film is 500nm by the SEM measurement. From the comparison, the retardance of PLZT films with a seeding layer is greater than that of the PLZT films without a seeding layer.The transmittance of PLZT films with a PLT seeding layer is higher than that of PLZT films with a PT seeding layer. Finally, we could know the seeding layer plays a key in the increase of the retardance and avoid optical loss, may due to the increase of crystalline resulted from the addition of a seeding layer into the PLZT film.

誌謝 I
中文摘要 II
ABSTRACT IV
目 錄 VI
表 目 錄 IX
圖 目 錄 X
第一章 前言 1
1-1 簡介 1
1-2 文獻回顧 5
1-2-1 鐵電材料的研究 5
1-2-2 鐵電體的概念 7
1-2-3 PLZT的回顧 9
1-2-3-1 PLZT材料的結構 10
1-2-3-2 PLZT材料的相圖 11
1-2-3-3 PLZT的光學性質 13
1-2-3-4 PLZT的電光效應 15
第二章 基本原理 20
2-1 鐵電薄膜 20
2-1-1 鐵電薄膜的製備方法 20
2-2 溶膠-凝膠法 24
2-3 熱重-差熱分析 26
2-4 掃描式電子顯微鏡基本原理 28
2-5 原子力顯微鏡原理 30
2-6 X光束粉末繞射儀原理 36
2-7 UV-VIS光譜儀器 38
2-8 光學量測與原理 40
2-8-1 雙折射 40
2-8-2 偏極光 41
2-8-3 波片 42
2-8-4 光調制器 43
2-8-5 鎖相技術 45
2-8-6 瓊斯向量 48
2-8-7 穆勒矩陣 49
第三章 實驗架構及方法 53
3-1 PLZT/PT（PLT）/SnO2薄膜製程 53
3-1-1 溶液的配製 53
3-1-2 SnO2導電薄膜製程 55
3-2 利用電光調制圓及線性外差干涉儀測量主軸及相位延遲 58
第四章 實驗結果與討論 62
4-1 熱重-差熱分析 62
4-2 X光粉末繞射分析 63
4-3 掃描式電子顯微鏡 64
4-4 原子力顯微鏡 67
4-4-1 ITO和PLZT的表面粗糙度 67
4-4-2 PT/PLZT的表面粗糙度 69
4-4-3 PLT/PLZT的表面粗糙度 71
4-5 電致雙折射量測 73
4-5-1 四分之一波片實驗結果 73
4-5-2 PLZT薄膜電致雙射量測結果 75
4-6 UV-VIS光譜量測 81
第五章 結論及未來發展 85
參考文獻 87

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