Cu膜的光学特性尺寸效应及最小连续膜厚研究

采用离子束溅射在K9玻璃基底上沉积了不同厚度的Cu膜，利用Lambda-900分光光度计，测量了波长为310 nm到1300 nm范围内Cu膜的反射率和透射率.选定波长为310、350、400、430、550、632、800、1200 nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行研究.同时，对Cu膜的光学常量也进行了讨论.结果显示，Cu膜的光学特性都有明显的尺寸效应.将波长为550 nm时的反射率和透射率随Cu膜厚度变化关系的交点对应厚度作为特征厚度, 该厚度可认为是金属Cu膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚.根据这一特征判据，离子束溅射沉积Cu膜样品的最小连续膜厚为33 nm.利用原子力显微镜观测了膜厚在特征厚度附近时Cu膜的表面形貌.     

采用椭偏法结合分光光度法研究极薄银的光学常数

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用,其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下,采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜,用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度,研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜,结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同,当膜厚小于14.1 nm时,折射率n在380 nm~600 nm随波长增加而增加,在600 nm~1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6;消光系数k在380 nm~500 nm随着波长增加而增加,在500 nm~1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变;当膜厚大于14.1 nm时,折射率随波长增加而增加,消光系数随波长近似呈线性增加。整体上,膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率,k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率,发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。     

单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究

采用离子束溅射沉积法，在单晶Si基片上制备了不同厚度(1—100nm)的Co纳米薄膜.利用原子力显微镜、X射线光电子能谱(XPS)仪和X射线衍射仪对不同厚度的Co纳米薄膜进行了分析和研究.结果表明：当薄膜厚度为1—10nm时，沉积颗粒形态随薄膜厚度增加将由二维生长的细长胞状过渡到多个颗粒聚集成的球状.当膜厚大于10nm时，小颗粒球聚集成大颗粒球，颗粒球呈现三维生长状态.表面粗糙度随膜厚的增加呈现先增加后减小的趋势，在膜厚为3nm时出现极值.XPS全程宽扫描和窄扫描显示：薄膜表面的元素成分为Co，化学态分别 关键词： 离子束沉积 纳米薄膜 X射线光电子能谱 X射线衍射     

近红外波段锑基铋掺杂薄膜厚度对光学常数与光学带隙的影响

采用磁控溅射法制备了不同厚度的锑基铋掺杂薄膜,用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了薄膜结构随厚度的变化。利用椭圆偏振法测定了样品薄膜在近红外波段的光学常数与光学带隙,研究了膜厚对样品薄膜光学常数和光学带隙的影响。结果表明,膜厚从7 nm增加至100 nm时,其结构由非晶态转变为晶态。在950～2200 nm波段,不同厚度薄膜样品的折射率在4.6～8.9范围,消光系数在0.6～5.8范围,光学带隙在0.32～0.16 eV范围。随着膜厚的增加,薄膜的折射率和光学带隙减小,而消光系数升高;光学常数在膜厚50 nm时存在临界值,其原因是临界值前后薄膜微观结构变化不同。     

膜层厚度对金属薄膜光学常数的影响

从麦克斯韦方程出发,可以得到超薄金属膜层光学常数n、k与其厚度有关系的理论依据。采用电阻热蒸发和电子束热蒸发的方法在K9玻璃基底上分别沉积了不同厚度的Cu膜、Cr膜、Ag膜,由椭偏法检测、Drude模型拟合,获得了不同厚度Cu膜、Cr膜、Ag膜光学常数n、k随波长λ的变化规律。超薄金属薄膜与块状金属的光学常数相差较大,随着薄膜厚度的增加,n、k值趋近于块状金属。通过对样品膜层吸收、色散特性的分析,发现连续金属薄膜在可见光波段对长波的吸收较大,而且相比于介质薄膜平均色散率高10mn～102nm量级。     

基于离子束溅射大口径光学元件平坦化层均匀性研究

针对大口径光学元件溅射沉积膜厚不均匀的问题,采用离子束溅射平坦化层来改善光学元件表面粗糙度.利用膜厚检测仪测出光学元件沉积面上的中心区域以及各边缘区域的膜厚值,计算离子束在光学元件中心与边缘驻留时间比,并通过MATLAB拟合驻留时间分布规律,根据所得的数据进行逐级修正.实验结果表明,当驻留时间比优化为-26.6%时,可以实现在直径300～600mm大口径的光学元件上均匀镀膜,以熔石英表面上镀硅膜为例,溅射沉积6h,表面膜厚为212.4±0.3nm,薄膜均匀性达到0.4%.     

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

 为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO₂和SiO₂作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°~30°入射角度下,600~1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。     

溅射气压对Ge2Sb2Te5薄膜光学常数的影响

实验研究了氩气气压对溅射制备的Ge2 Sb2 Te5 薄膜的光学常数随波长变化的影响 ,结果表明 :随薄膜制备时氩气气压的增加 ,Ge2 Sb2 Te5 薄膜的折射率n先增大后减小 ,而消光系数k先减小后增大。二者都随波长的变化而变化 ,且在长波长范围变化较大 ,短波长范围变化较小 ,解释了溅射气压对Ge2 Sb2 Te5 薄膜的光学常数影响的机理     

离子束溅射沉积Ir膜真空紫外反射特性研究

根据吸收材料基底上单层金属膜数学计算模型,对不同基片上各种厚度的Ir膜真空紫外反射率进行了优化计算.采用离子束溅射沉积技术,在石英、K9玻璃和Si基片上沉积了不同厚度的Ir膜,研究了基片、表面厚度、离子束能量及镀后热处理对Ir膜反射率的影响,在波长120 nm处获得了近30％正入射反射率.     

不同厚度溅射Ag膜的微结构及光学常数研究

用直流溅射法在室温Si基片上制备了4．9nm-189.0nm范围内不同厚度的Ag薄膜，并用X射线衍射及反射式椭偏光谱技术对薄膜的微结构和光学常数进行了测试分析。结构分析表明：制备的Ag膜均呈多晶状态，晶体结构仍为面心立方；随膜厚增加薄膜的平均晶粒心潮6．3nm逐渐增大到14．5nm；薄膜晶格常数均比标准值（0．40862nm)稍小，随膜厚增加，薄膜晶格常数由0．40585nm增大到0.40779nm。250nm-830nm光频范围椭偏光谱测量结果表明：与Johnson的厚Ag膜数据相比，我们制备的Ag薄膜光学折射率n总体上均增大，消光系数k变化复杂；在厚度为4．9nm-83.7nm范围内，实验薄膜的光学常数与Johnson数据差别很大，厚度小于33．3nm的实验薄膜k谱线中出现吸收峰，峰位由460nm红移至690nm处，且其对应的峰宽逐渐宽化；当膜厚达到约189nm时，实验薄膜与Johnson光学常数数据已基本趋于一致。     

用离子束溅射淀积的氧化物薄膜的折射率

介绍了用于波长为1550nm光通讯波分复用／解复用滤光片的离子束溅射的Ta2O5和SiO2薄膜在法里－珀罗多层膜中的折射率的实时所 方法及拟合方法及拟合结果，给出了它们的淀积时间，淀积速率和计算的光学厚度，分析了这些结果的可靠性。     

Thin film stress measurement by instrumented optical fibre displacement sensor

Residual stress can adversely affect the mechanical, electronic, optical and magnetic properties of thin films. This work describes a simple stress measurement instrument based on the bending beam method together with a sensitive non-contact fibre optical displacement sensor. The fibre optical displacement sensor is interfaced to a computer and a Labview programme enables film stress to be determined from changes in the radius of curvature of the film-substrate system. The stress measurement instrument was tested for two different kinds of thin film, hard amorphous carbon nitride (CN) and soft copper (Cu) films on silicon substrates deposited by RF magnetron sputtering. Residual stress developed in 500 nm thick CN thin films deposited at substrate temperatures in the range 50-550 °C was examined and it was found that stress in CN films decreased from 0.83 to 0.44 GPa compressive with increase of substrate temperature. Residual stress was found to be tensile (121 MPa) for Cu films of thickness 1500 nm deposited at room temperature.     

Characteristic difference between ITO/ZrCu and ITO/Ag bi-layer films as transparent electrodes deposited on PET substrate

The metallic-glass film of ZrCu layer deposited by co-sputtering was utilized as the metallic layer in the bi-layer structure transparent conductive electrode of ITO/ZrCu (IZC) deposited on the PET substrate using magnetron sputtering at room temperature. In addition, the pure Ag metal layer was applied in the same structure of transparent conductive film, ITO/Ag, in comparison with the IZC film. The ZrCu layer could form a continuous and smooth film in thickness lower than 6 nm, compared with the island structure of pure Ag layer of the same thickness. The 30 nm ITO/3 nm ZrCu films could show the optical transmittance of 73% at 550 nm wavelength. The 30 nm ITO/12 nm ZrCu films could show the better sheet resistance of 20 Ω/sq, but it was still worse than that of the ITO/Ag films. It was suggested that an alloy system with lower resistivity and negative mixing heat between atoms might be another way to form a continuous layer in thickness lower than 6 nm for metal film.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5 nm~114 nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32 nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32 nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质(英文)

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5nm～114nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

电子束蒸发和离子束溅射HfO_2紫外光学薄膜

HfO2薄膜在紫外光学中具有十分重要的地位,不同方法制备的HfO2薄膜特性不同,可以满足不同的实际应用需求。本文分别利用电子束蒸发和离子束溅射方法制备了用于紫外光区域的HfO2薄膜,并对薄膜的材料和光学特性进行了表征与比较。通过对单层HfO2薄膜的实测透射和反射光谱进行数值反演,得到了HfO2薄膜在230～800 nm波段的折射率和消光系数色散曲线,结果表明两种方法制备的HfO2薄膜在250nm的消光系数均小于2×10-3。在此基础上,制备了两种典型的紫外光学薄膜元件(紫外低通滤波器和240nm高反射镜),其光谱性能测试结果表明,两种不同方法制备的器件均具有较好的光学特性。