高压化学气相沉积法优化技巧

高压化学气相沉积（high pressure chemical vapor deposition，HPCVD）法，其工作原理如图2－3a所示［3］。宾夕法尼亚州立大学和南安普顿大学研究人员在2006年首先使用石英毛细管和微结构光纤（MOFs）作为模板，通过高压化学气相沉积将半导体材料沉积到空气孔中，制备出半导体－玻璃复合光纤［20］。在沉积过程中，高长径比的毛细管作为化学反应容器，通过高压使得纤芯前驱体充满整个空气孔，最后通过光或热处理使纤芯材料沉积在空气孔内壁上，空气孔中沉积的半导体材料厚度由沉积时间确定。

图2－3　采用HPCVD技术在石英微结构光纤中集成金属半导体结(www.xing528.com)

（a）HPCVD技术工作原理图［3］；（b）石英微结构光纤中集成同心的金属半导体Pt/n－Si肖特基结端面图，通过依次沉积P掺杂的n+－Si、n－－Si和Pt层［20］

高压化学气相沉积法通过选择不同的前驱体材料，同时控制沉积条件如温度和压力，可以获得不同的组分复合玻璃光纤［6］。该方法的最大优势在于能够沉积不同材料到不同大小毛细管中，沉积厚度也能够从几十纳米精确调控到整个毛细管孔被填充满。这些沉积的组分复合玻璃光纤不仅保留了石英玻璃光纤的优异性能，如机械强度和化学稳定性等，还可以和现有标准石英光纤熔接。更为重要的是，通过选择性沉积不同掺杂的半导体材料，可在光纤中制备半导体异质结等微结构，实现半导体异质结在光纤波导中集成，如图2－3b所示［20］。采用热拉法拉制光纤时，纤芯和包层材料在高温下处于软化或流体状态；而采用高压化学气相沉积法制备组分复合玻璃光纤的另一个优势在于纤芯材料一般是通过低温反应沉积在毛细管的空气孔中，这为高熔点材料和高饱和蒸气压材料进行光纤制备提供了可行技术。然而，此方法最大的缺点在于沉积速率缓慢，制备的光纤长度受限（不能到几十米或几千米长度）；其次，很难采用此方法直接制备出单晶纤芯复合玻璃光纤；此外，对于某些特定的材料，很难将整个空气孔完全填充满。