4.3. Исследование влияния стимулирующего напряжения и ширины отверстия в маске на форму и геометрические размеры поперечного сечения формируемых волноводов

Для выявления влияния режимов диффузии на параметры форми­руемых волноводов была проведена серия опытов на образцах с раз­личной шириной отверстий в маске. Варьируя ширину отверстий в маске, величину приложенного стимулирующего напряжения и время миграции, можно получать волноводы с различной формой сечения и с большой глубиной проникновения ионов серебра в материал подложки.

Волноводы изготавливались на стекле от фотопластин в распла­ве солей AgNO₃ и NaNO_3, взятых в молярном отношении (1:10) при температуре 350  2°C и времени миграции 3 мин. При этом мас­кирующий слой представлял собой алюминиевую пленку толщиной 1,5 мкм с вытравленными в ней полосками шириной 15, 30, 50, 70, 100 мкм и 5 мм.

Изменяющимися параметрами в проводимом эксперименте были ширина зазора в маскирующем слое и стимулирующее напряжение. Торцы сформированных таким образом волноводов полировались и из­мерялись их геометрические размеры. Все измерения проводились с помощью микроскопа ERGAWAL с микрометром окулярным винтовым МОВ–1–15^.

В процессе эксперимента к образцам прикладывалось стимулирующее напряжение величиной 10, 20, 30, 40, 50 и 60 В. При этом было отмечено, что измеряемые геометрические пара­метры изменяются неодинаково в процессе миграции. Размеры волно­водов увеличиваются значительно быстрее вблизи края маски, что объясняется большей напряженностью электрического поля, а следовательно и большей скоростью миграции ионов в стеклянной подложке.

Рис. 21. Изменение максимальной ширины волновода от величины стимулирующего напряжения

На рис. 21 представлены графики изменения максимальной шири­ны изготовленных волноводов в зависимости от величины стимулирующего напряжения.

Как видно из графиков, ширина формируе­мых волноводов практически линейно зависит от величины прило­женного внешнего напряжения. Во всех случаях при стимулирующем напряжении 60 В мак­симальная ширина волноводов на 70 мкм больше ширины полосок в маске, а величина максимального проникновения ионов Ag⁺ под

м аску составила 35 мкм.

Рис 22. Изменение толщины волновода от величины

стимулирующего напряжения

В то же время толщина сформированных волноводов в средней части нелинейно зависит от приложенного внешнего стимулирующего напряжения и имеет тенденцию к замедлению роста с увеличением стимулирующего напряжения и уменьшением ширины отверстия в мас­ке (рис. 22).

Волноводы, сформированные миграцией ионов Ag⁺ через полос­ки в маске шириной 15 и 30 мкм, имеют полукруглую форму попереч­ного сечения и их ширина в два раза больше максимальной толщины.

Из приведенных графиков видно значительное влияние, оказываемое маскирующим слоем на скорость миграции ионов Ag⁺, стимулирован­ной внешним электрическим полем. Так, например, в стекло от фото­пластин, не покрытое маской, ионы Ag⁺ проникают за 3 мин. на 4 мкм (при температуре ионного обмена 350  2°С); если же прило­жить внешнее стимулирующее напряжение величиной 60 В, то глубина проникновения ионов составит 15 мкм.

В стеклах, покрытых металлическим маскирующим слоем, величина проникновения ионов Ag⁺ резко возрас­тает и достигает 31 мкм (для ширины полоски в маске 100 мкм) и даже 41 мкм (при ширине полоски в маске 15 и 30 мкм) при прочих равных условиях. В отсутствие внешнего стимулирующего поля метал­лическая маска не оказывает никакого влияния на скорость диффу­зии ионов Ag⁺ в стекло. Для различных по ширине полосок в мас­ке скорость диффузии одинакова и равна скорости диффузии в стекле, свободном от маскирующего слоя.

Таким образом, изменением таких параметров миграции, как ширина отверстия в маске, величина стимулирующего напряжения и время диффузии, можно управлять формой поперечного сечения вол­новодов.