The perovskite material barium titanate (BTO) has shown great promise in the next generation electro-optical modulators integrated on Si photonic platforms. In this work, the dry etching of BTO using an argon (Ar) ion beam etching system and the underlying mechanisms are investigated. The results indicate that reducing the pressure and increasing ion beam current, ion energy, and incidence angle all contribute to an increased etch rate. The increase in ion energy and beam current leads to higher surface roughness, whereas a negative incidence angle effectively reduces surface roughness. Through the optimization of various process parameters, an etching recipe showing an etch rate of 16.1 nm/min and a postetching surface roughness of 0.486 nm is realized.

1.
P.
Castera
,
D.
Tulli
,
A. M.
Gutierrez
, and
P.
Sanchis
,
Opt. Express
23
,
15332
(
2015
).
2.
S.
Abel
,
T.
Stoferle
,
C.
Marchiori
,
D.
Caimi
,
L.
Czornomaz
,
M.
Stuckelberger
,
M.
Sousa
,
B. J.
Offrein
, and
J.
Fompeyrine
,
J. Lightwave Technol.
34
,
1688
(
2016
).
3.
F.
Eltes
et al,
J. Lightwave Technol.
37
,
1456
(
2019
).
4.
H.
Han
,
J.
Wang
,
Z.
Wang
,
C.
Liu
, and
B.
Xiang
,
Appl. Opt.
62
,
6053
(
2023
).
5.
N.
Sun
,
D.
Sun
,
D.
Wu
,
Y.
Guo
,
Y.
Fan
,
F.
Zou
,
M.
Pu
, and
X.
Luo
,
Laser Photonics Rev.
18
,
2300937
(
2024
).
7.
C.
Xiong
,
W. H. P.
Pernice
,
J. H.
Ngai
,
J. W.
Reiner
,
D.
Kumah
,
F. J.
Walker
,
C. H.
Ahn
, and
H. X.
Tang
,
Nano Lett.
14
,
1419
(
2014
).
8.
J. E.
Ortmann
,
F.
Eltes
,
D.
Caimi
,
N.
Meier
,
A. A.
Demkov
,
L.
Czornomaz
,
J.
Fompeyrine
, and
S.
Abel
,
ACS Photonics
6
,
2677
(
2019
).
9.
C.
Wang
,
M.
Zhang
,
B.
Stern
,
M.
Lipson
, and
M.
Lončar
,
Opt. Express
26
,
1547
(
2018
).
10.
Y.
Li
,
C.
Wang
,
Z.
Yao
,
H.-K.
Kim
, and
N.-Y.
Kim
,
Nanoscale Res. Lett.
9
,
530
(
2014
).
11.
J.
Cheng
et al,
J. Vac. Sci. Technol. B
38
,
012201
(
2020
).
12.
Z. H.
Lim
,
M.
Chrysler
,
A.
Kumar
,
J. P.
Mauthe
,
D. P.
Kumah
,
C.
Richardson
,
J. M.
LeBeau
, and
J. H.
Ngai
,
J. Vac. Sci. Technol. A
38
,
013406
(
2020
).
13.
A. B.
Posadas
,
V. E.
Stenger
,
J. D.
DeFouw
,
J. H.
Warner
, and
A. A.
Demkov
,
J. Appl. Phys.
134
,
073101
(
2023
).
15.
C.
Wang
, Z. Li, J. Riemensberger, G. Lihachev, M. Churaev, W. Kao, X. Ji, J. Zhang, T. Blesin, A. Davydova et al,
Nature
629
,
784
(
2024
).
16.
A.
Petraru
,
J.
Schubert
,
M.
Schmid
, and
C.
Buchal
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
1375
(
2002
).
17.
Z.
Dong
,
A.
Raju
,
A. B.
Posadas
,
M.
Reynaud
,
A. A.
Demkov
, and
D. M.
Wasserman
,
ACS Photonics
10
,
4367
(
2023
).
18.
Y.
Jiang
,
Z.
Tian
,
P.
Kavle
,
H.
Pan
, and
L. W.
Martin
,
APL Mater.
12
,
041116
(
2024
).
19.
H. B.
Lee
,
Y.-H.
Joo
,
H.
Patil
,
G.-H.
Kim
,
I.
Kang
,
B.
Hou
,
D.-K.
Kim
,
D.-S.
Um
, and
C.-I.
Kim
,
Mater. Res. Express
10
,
016401
(
2023
).
20.
T.
Fujii
and
S.
Yoshikado
,
Electr. Eng. Jpn.
149
,
18
(
2004
).
21.
M. S.
Mikhailenko
,
A. E.
Pestov
,
N.
Chkhalo
,
M. V.
Zorina
,
A. K.
Chernyshev
,
N. N.
Salashchenko
, and
I. I.
Kuznetsov
,
Appl. Opt.
61
,
2825
(
2022
).
22.
S.
Mi
,
A.
Toros
,
T.
Graziosi
, and
N.
Quack
,
Diamond Relat. Mater.
92
,
248
(
2019
).
23.
W.
Lin
,
T.-Y.
Tseng
,
H.
Lu
,
S.
Tu
,
S.
Yang
, and
I.
Lin
,
J. Appl. Phys.
77
,
6466
(
1995
).
24.
G.
Niu
,
S.
Yin
,
G.
Saint-Girons
,
B.
Gautier
,
P.
Lecoeur
,
V.
Pillard
,
G.
Hollinger
, and
B.
Vilquin
,
Microelectron. Eng.
88
,
1232
(
2011
).
25.
L.
Mazet
,
S. M.
Yang
,
S. V.
Kalinin
,
S.
Schamm-Chardon
, and
C.
Dubourdieu
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
16
,
036005
(
2015
).
26.
B.
Wagué
et al,
Thin Solid Films
693
,
137636
(
2020
).
27.
I. J. G.
Dias
,
A. S.
Pádua
,
E. A.
Pires
,
J. P. M. R.
Borges
,
J. C.
Silva
, and
M. C.
Lança
,
Crystals
13
,
579
(
2023
).
29.
J. D.
Kress
,
D. E.
Hanson
,
A. F.
Voter
,
C. L.
Liu
,
X.-Y.
Liu
, and
D. G.
Coronell
,
J. Vac. Sci. Technol. A
17
,
2819
(
1999
).
30.
N.
Gosset
,
M.
Boufnichel
,
E.
Bahette
,
W.
Khalfaoui
,
R.
Ljazouli
,
V.
Grimal-Perrigouas
, and
R.
Dussart
,
J. Micromech. Microeng.
25
,
095011
(
2015
).
31.
Y.
Yuba
,
K.
Gamo
,
H.
Toba
,
X. G.
He
, and
S.
Namba
,
Jpn. J. Appl. Phys.
22
,
1206
(
1983
).
32.
J.
Mu
,
X.
Chou
,
T.
He
,
Z.
Ma
,
J.
He
, and
J.
Xiong
,
Microsyst. Technol.
22
,
215
(
2016
).
33.
S. Y.
Siew
,
E. J. H.
Cheung
,
H.
Liang
,
A.
Bettiol
,
N.
Toyoda
,
B.
Alshehri
,
E.
Dogheche
, and
A. J.
Danner
,
Opt. Express
26
,
4421
(
2018
).
34.
S. Y.
Siew
,
S. S.
Saha
,
M.
Tsang
, and
A. J.
Danner
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
28
,
573
(
2015
).
35.
G.
Carter
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
34
,
R1
(
2001
).
36.
P. G.
Glöersen
,
J. Vac. Sci. Technol.
12
,
28
(
1975
).
37.
F.
Kaufmann
,
G.
Finco
,
A.
Maeder
, and
R.
Grange
,
Nanophotonics
12
,
1601
(
2023
).
38.
N. I.
Chkhalo
,
S. A.
Churin
,
M. S.
Mikhaylenko
,
A. E.
Pestov
,
V. N.
Polkovnikov
,
N. N.
Salashchenko
, and
M. V.
Zorina
,
Appl. Opt.
55
,
1249
(
2016
).
39.
W.
Guo
and
H. H.
Sawin
,
J. Vac. Sci. Technol. A
27
,
1326
(
2009
).
40.
S.
Somekh
,
J. Vac. Sci. Technol.
13
,
1003
(
1976
).
41.
D.
Reitz
,
J.
Thomas
,
H.
Schmidt
,
S.
Menzel
,
K.
Wetzig
,
M.
Albert
, and
J. W.
Bartha
,
J. Vac. Sci. Technol. B
25
,
271
(
2007
).
You do not currently have access to this content.