LiNbO₃因具有优异的电光、压电、非线性光学等特性,已被广泛应用于声表面波及集成光学器件中。制备集成光学器件常需将LiNbO₃制成各种形式的光波导结构,但传统方法制备的光波导薄膜存在较多的缺点,因而异质LiNbO₃薄膜引起了人们的关注。与体单晶相比,异质LiNbO₃薄膜具有明显的优势,如可以获得较大的波导膜与衬底折射率差。至今人们已经采用多种薄膜生长技术来制备异质LiNbO₃薄膜,相比其它薄膜生长技术,脉冲激光沉积法具有能保持靶与薄膜组分一致的优点,在多元氧化物薄膜制备方面有着独特的优势。硅材料作为半导体微电子工业的基石,在硅衬底上生长LiNbO₃薄膜与目前半导体工艺兼容,有利于光电集成且价格低廉,具有广阔的应用前景。因而,开展硅基LiNbO₃薄膜的研究具有非常重要的意义。 本文在总结了LiNbO₃薄膜制备研究现状的基础上,利用PLD技术对硅基LiNbO₃薄膜的生长及性能进行了研究,为了与硅基上制备的LiNbO₃薄膜进行比较,作者还对蓝宝石衬底上制备的LiNbO₃薄膜的质量及性能进行了研究。通过研究得出以下主要结果: 1.首次在未施加诱导电场和缓沖层的情况下采用PLD技术在SiO₂/Si衬底上生长出了具有良好晶体质量的完全c轴取向LiNbO₃薄膜。系统研究了工艺参数对LiNbO₃薄膜质量的影响,获得了生长LiNbO₃薄膜的最佳工艺参数:衬底温度约为600℃,氧压约为30Pa,激光能量密度为3.2-3.7J/cm²,激光频率约为3Hz,靶材与衬底距离约为4cm,非晶SiO₂过渡层厚度约为230nm。 2.等化学计量比LiNbO₃薄膜的生长是薄膜制备中的难点。作者借助XPS、SIMS测试,发现通过优化工艺参数采用等化学计量比的LiNbO₃陶瓷靶材在SiO₂/Si衬底上生长出了等化学计量比的LiNbO₃薄膜,且薄膜组分随深度变化均匀。初步探讨了SiO₂/Si衬底上LiNbO₃薄膜的生长机制,提出了其生长模型。 3.成功地在SiO₂/Si衬底上制得低传输损耗的LiNbO₃薄膜,最低传输损耗为1.14dB/cm,优于文献报道硅基LiNbO-3薄膜的传输损耗。表面形貌作为影响传输损耗的一个重要因素,本文分析了衬底温度和激光频率对薄膜粗糙度的