Ionenstrahlverstärktes Ätzen für die 3D-Strukturierung von Lithiumniobat

Gischkat, Thomas GND

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Ausnutzung des ionenstrahlverstärkten Ätzens (IBEE: Ion Beam Enhanced Etching) für die 3D-Strukturierung von Lithiumniobat (LiNbO3). Hierbei wird der Ansatz der Erhöhung der nasschemischen Ätzrate infolge der Bestrahlung mit energiereichen Ionen verfolgt. Diese Methode ist sehr Erfolg versprechend für die Realisierung von Mikro- und Nanostrukturen mit senkrechten Strukturwänden sowie geringen Rauheiten. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Grundlagen zur Realisierung von dreidimensionalen Mikro- und Nanostrukturen (z.B.: Schichtsysteme und photonische Kristalle) in LiNbO3 mit hoher optischer Qualität zu bilden und an ausgewählten Beispielen zu demonstrieren. Voraussetzungen für den Erfolg der IBEE-Strukturierungstechnik ist in erster Linie das Verständnis der Defektbildung unter Ionenbestrahlung sowie die strahlungsinduzierten Strukturänderungen im Kristall und die damit verbundene Änderung der chemischen Resistenz. Hierfür wurde die Defektbildung in Abhängigkeit von der Ionenmasse, der Ionenenergie und der Bestrahlungstemperatur untersucht. Thermisch induzierte Einflüsse und Effekte auf die Strahlenschädigung, wie sie in Zwischenschritten bei der komplexen Prozessierung auftreten können, müssen bekannt sein und wurden mittels nachträglicher Temperaturbehandlung studiert. Die Ergebnisse aus den Defektuntersuchungen wurden anschließend für die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen in LiNbO3 verwendet. Gezeigt wird die Realisierung von lateralen Strukturen mit nahezu senkrechten Strukturwänden sowie die Realisierung von dünnen Membranen und Schlitzen. Die anschließende Kombination von lateraler Strukturierung mit der Herstellung von dünnen Membranen und Schlitzen erlaubt die dreidimensionale Strukturierung von LiNbO3. Dies wird exemplarisch für einen Mikroresonator und für einen 2D-photnischen Kristall mit darunter liegendem Luftschlitz gezeigt.

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Gischkat, Thomas: Ionenstrahlverstärktes Ätzen für die 3D-Strukturierung von Lithiumniobat. 2010.

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