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研究生: 蔡義平
Yi-Ping Tsai
論文名稱: 自我複製式光子晶體之多層膜製程與光學特性之研究
Study of Multilayer Fabrication Process and Optical Properties of Autocloning Photonic Crystal
指導教授: 趙煦
Shiuh Chao
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 光電科技產業研發碩士專班
Interdisciplinary Program of Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 二維自我複製式光子晶體偏極分光鏡離子束濺鍍系統射頻偏壓五氧化二鉭二氧化矽時間監控法石英監控法
外文關鍵詞: 2D Auto-cloning Photonic Crystal, Polarization Beam Splitter,PBS, Ion Beam Sputter,IBS, RF Bias, Ta2O5, SiO2, Time monitor, Quartz monitor
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  • 本篇論文主要討論二維光子晶體的製程與膜厚控制,利用離子束濺鍍系統(Ion Beam Sputter,IBS)作為鍍膜機台,在基板上外加射頻(Radio frequency,RF)偏壓作為蝕刻源,同時使用石英監控 (Quartz monitor)與時間監控 (Time monitor)的方式來控制鍍膜厚度,經由實驗得到不同材料的鍍膜速率和Tooling Factor的關係來修正鍍膜的參數,最後以二維自我複製式光子晶體 (2D Auto-cloning Photonic Crystal)的結構製作偏極分光鏡 (Polarization Beam Splitter,PBS)元件,期望達到光學上偏極分光的特性。
    實驗的流程主要分為三個階段,第一個階段為單層膜的特性研究,使用離子束濺鍍法沉積五氧化二鉭與二氧化矽金屬氧化薄膜,加上射頻偏壓作為蝕刻源,實驗中改變射頻偏壓的大小與通入氧氣的流量,討論在不同偏壓、氧氣流量下薄膜沉積的特性,利用橢圓儀和光譜儀來測量厚度、折射率、消光係數以及修正石英監控下所需輸入的Tooling Factor,第二個階段為多層膜的特性研究,在一維週期性結構的基板上成長二維自我複製式光子晶體,調整不同的射頻偏壓以修整鋸齒狀結構外形,同時輔以掃描式電子顯微鏡觀察其剖面圖,分析鋸齒狀結構自我複製的維持特性,同時經由統計得到鋸齒狀厚度與平面厚度間的關係,第三個階段使用適當的參數利用兩種厚度監控方式製作偏極分光鏡,同時以光譜儀分析比較其光學特性。


    摘要 I 致謝 II 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 光子晶體 2 1.2.2 自我複製式光子晶體 3 1.2.3 Ta2O5和SiO2薄膜材料特性分析 5 1.2.4 時間與石英膜厚監控方式 6 1.3 以自我複製式光子晶體製作偏極分光鏡 8 第二章 單層Ta2O5和SiO2薄膜材料沉積之特性研究 10 2.1 外加能量影響薄膜特性 10 2.1.1 離子束濺鍍薄膜之特性 10 2.1.2 外加偏壓影響薄膜之特性 11 2.2 受氣體影響薄膜之特性 12 第三章 自我複製式光子晶體薄膜沉積之特性研究 14 3.1 自我複製式光子晶體薄膜沉積特性 14 3.1.1 鋸齒狀多層模形成機制 14 3.1.2 鋸齒狀多層模的成長與維持程度 17 3.2 精確控制鋸齒狀之膜厚與平面厚度之關係 18 第四章 實驗方法及流程 20 4.1 實驗流程 20 4.2 實驗設計 21 4.3 實驗儀器 22 4.3.1 離子束濺鍍工作原理 23 4.4 量測儀器 28 4.4.1 橢圓偏光儀 28 4.4.2 光譜儀 30 第五章 實驗結果-單層膜特性分析 32 5.1 實驗機台穩定性分析 32 5.2 氧氣對Ta2O5和SiO2薄膜的光學常數影響 35 5.3 RF Bias對Ta2O5和SiO2薄膜的光學常數影響 39 5.4 薄膜成長速率、Tooling Factor計算 43 第六章 實驗結果-多層膜製程分析 46 6.1 多層膜SEM圖型觀察與分析 46 6.2 結構維持性與RF Bias的關係 50 6.3 平面厚度對鋸齒狀結構厚度的關係 51 第七章 實驗結果-偏極分光鏡製程與光學特性 57 7.1自我複製式光子晶體偏極分光鏡的製作 57 7.1.1 以時間監控製作偏極分光鏡 60 7.1.2 以石英監控製作偏極分光鏡 62 7.2 不同監控方式製作偏極分光鏡其光學特性分析 63 第八章 結論與未來展望 65 8.1 結論 65 8.2 未來展望 66 參考文獻 67

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