鐵電薄膜鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)具有較強(qiáng)的電光效應(yīng)，自發(fā)極化以及在可見(jiàn)光和紅外范圍內(nèi)的高透過(guò)率]，是理想的電光器件材料。制作縱向PLZT電光器件需要透明導(dǎo)電薄膜作為它的上下電極。銦錫氧化物(ITO)薄膜具有電阻率低，透光性好，高溫穩(wěn)定性好及制備和圖形加工工藝簡(jiǎn)單[3等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]，是一種理想的透明電極材料。
LengL1等在IT0／石英玻璃基底上制備出了電學(xué)光學(xué)性能優(yōu)良的PLZT鐵電薄膜，驗(yàn)證了ITO作為PLZT的透明電極的可行性。制作PLZT鐵電薄膜光電子學(xué)和集成光學(xué)器件常需要ITO電極圖形化。常用的ITO薄膜微圖形化法包括濕法化學(xué)刻蝕和干法刻蝕(如超短激光脈沖刻蝕和CH／H：等離子刻蝕[7等)。干法刻蝕ITO薄膜具有圖形轉(zhuǎn)化精度高和各向異性好等優(yōu)點(diǎn)，但所需設(shè)備昂貴，刻蝕速率低，且易導(dǎo)致光刻膠掩膜的炭化而難去除；濕法刻蝕成本低，且刻蝕速率較快。但由于HF、HC1、HNO。、H2SO和H3PO都可能刻蝕PLZT薄膜J，往往刻蝕ITO時(shí)對(duì)PLZT薄膜也會(huì)刻蝕。因此，如何選擇刻蝕液配方和刻蝕條件，確保在ITO與PLZT薄膜間具有足夠大的刻蝕選擇性是研制基于PLZT薄膜的光電子器件和集成光學(xué)器件所面臨的問(wèn)題。
1實(shí)驗(yàn)采用射頻磁控濺射法用組分為8／65／35(La／Zr／Ti)的PLZT陶瓷靶在玻璃基片上沉積PLZT薄膜，襯底溫度400℃，射頻功率密度0．58W／cm。，濺射氣氛V(Ar)：V(O：)：5：1，濺射氣壓0．38～0．42Pa，650℃退火處理20rain。采用直流磁控濺射法用氧化銦錫陶瓷靶(re(In2O3)：m(SnO2)一90：10)制備IT0，襯底溫度為300℃，濺射功率為200W，濺射氣體為Ar，濺射壓強(qiáng)為266．664mPa。
清洗基片后用正型光刻膠作為ITO薄膜的掩膜，勻膠30S后在干燥箱中前烘15min；曝光、顯影后，在120℃烘箱中堅(jiān)膜30rain，檢測(cè)剩余的光刻膠上是否有嚴(yán)重的損傷；用V(HC1)：V(HNOs)：(Hz0)=50：3：50的刻蝕液并水浴加熱刻蝕ITO；丙酮去膠，去離子水沖洗。用相同的刻蝕工藝刻蝕PLZT薄膜。
用橢偏儀(SE)測(cè)膜厚；用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察IT0薄膜的刻蝕效果并做X一射線能譜儀(EDS)分析是否刻蝕完全；用原子力顯微鏡(AFM)觀察PLZT薄膜表面形態(tài)。
2結(jié)果與討論HC1可刻蝕ITO，但速度過(guò)慢，加入HNO。并水浴加熱可明顯提高反應(yīng)速率[3l。用V(HC1)：V(HNO3)；(H2())一50：3：50的混合溶液在不同溫度下刻蝕ITO薄膜，得到刻蝕速率與溫度間的關(guān)系曲線如圖l所示。從圖中可知，隨著溫度升高，IT()的刻蝕速率迅速增大。
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用SEM觀察刻蝕圖形(見(jiàn)圖2)可知，經(jīng)35。C、6rain刻蝕的ITO膜圖形邊緣線條平滑、清晰(見(jiàn)圖2(a))。當(dāng)刻蝕時(shí)間逐漸延長(zhǎng)至7min時(shí)，出現(xiàn)了明顯的過(guò)腐蝕現(xiàn)象(見(jiàn)圖2(b))。
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雖然在50℃時(shí)，90S便可將ITO膜完全刻蝕，但因刻蝕速率太快，不易控制。ITO作為上電極時(shí)附著在PIZT表面，因此對(duì)上電極IT0圖形化時(shí)要考慮到刻蝕液對(duì)PLZT的選擇性問(wèn)題。把膜厚約400nm的PLZT薄膜放入35℃的(HC1)：V(HNO3)：V(H2O)=50：3：50的刻蝕液中，12h后取出，基片表面的PLZT仍沒(méi)有完全刻蝕掉(見(jiàn)圖4)，刻蝕速率最大不超過(guò)400nm／12h≈0．55nm／min，還不及ITO刻蝕速率的2。這表明所選刻蝕液和刻蝕工藝對(duì)ITO與PIZT的刻蝕選擇較大。
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Lee[10]在室溫下用V(HC1)：(H2O)一5O：5O刻蝕PLZT薄膜，刻蝕速率約48nm／min，與本實(shí)驗(yàn)相差很大。其原因是PLZT薄膜的制備方法不同，他研制的PLZT薄膜是采用Sol—Gel法制備的，薄膜的多孔性導(dǎo)致其致密度降低，易刻蝕[11]。本實(shí)驗(yàn)采用濺射鍍膜且經(jīng)650℃高溫退火處理，薄膜的表面致密度高，粗糙度僅為3．1nm(見(jiàn)圖5)，使薄膜的刻蝕速率大幅度降低。
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3結(jié)束語(yǔ)由上述實(shí)驗(yàn)和分析得到PLZT基ITO薄膜的最佳刻蝕工藝：刻蝕溫度35℃，刻蝕液為V(HC1)：V(HNO。)：V(HO)一50：3：50的混合溶液，刻蝕速率約為30nm／min。刻蝕后得到的ITO圖形邊緣質(zhì)量良好，表面無(wú)殘留物，且對(duì)濺射法加高溫退火處理制備的PLZT膜的選擇性好。該工藝為PLZT鐵電薄膜空間光調(diào)制器的透明電極圖形化奠定了基礎(chǔ)。
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