Mo/Si软X射线多层膜中厚度均匀性的精细控制

为了获得光学性质均匀的大面积软X射线多层膜,必须控制好周期结构中单层膜的厚度均匀性。为此建立了磁控溅射薄膜沉积技术中单层膜厚度均匀性的分析和控制模型,解释了基底变速转动法可用来获得膜厚均匀的多层膜,并根据理论分析获得了基底的变速路径。将其应用于基底公转速度变速法来制备均匀性可控的大面积Mo/Si软X射线多层膜。小角X射线衍射测试结果表明,采用优化后的变速路径制备的多层膜,样品不同位置的各级次衍射峰位都能很好吻合,说明多层膜的周期厚度基本一致。计算表明该方法在直径200mm范围内可将周期结构中Mo层的不均匀性从20.6%修正到1.1%,Si层的不均匀性从27.0%修正到1.6%。     

磁控溅射方法制备直径120mm高均匀性Mo/Si多层膜

为满足极紫外、软X射线和X射线大口径多层膜反射镜的需求,采用基板扫掠过矩形靶材表面的镀膜方法,在直径120 mm的平面基板上镀制了Mo/Si周期多层膜。通过调整基板扫掠过矩形靶材表面的速率修正了薄膜的沉积速率,极大地提高了薄膜厚度的均匀性。采用X射线衍射仪对反射镜不同位置多层膜周期厚度进行了测量,结果表明,在直径120 mm范围内,Mo/Si多层膜周期厚度的均匀性达到了0.26%。同步辐射测量多层膜样品不同位置处的反射率,结果表明,在直径120 mm范围内,多层膜的膜层厚度均匀,在入射角10°时13.75 nm波长处平均反射率为66.82%。     

离子束溅射薄膜光学常数表征的光斑效应

利用离子束溅射沉积制备了光学薄膜。基于椭圆偏振测量技术,研究了折射率、膜层厚度和表面层厚度与测试光斑大小的关系。研究结果表明,随着样品表面测试光斑尺寸的增加,薄膜折射率变小,膜层厚度、表面层厚度增加。使用反射光谱法和轮廓仪分别验证了各光学常数的光斑效应。研究结果表明,光学薄膜的折射率与膜层厚度具有弱横向非均匀性,采用大尺寸测量光斑能弱化这种非均匀性。     

基于孪生靶的磁控溅射系统薄膜厚度均匀性的研究

磁控溅射系统中薄膜厚度的均匀性是关键指标之一。通过分析磁场强度、靶材与基板的距离和气体压强对Si_3N_4和SiO_2两种薄膜厚度均匀性的影响,借助Langmuir探针分析等离子体的密度,并采用二进制阶梯式充气方式调整纵向的均匀性。通过对靶材加载正弦半波电压并使用MATLAB软件确定振幅及相位参数,从而调整横向的均匀性。实验结果表明,对于Si_3N_4膜层,其在横向上、中和下的均匀性分别为±1.27%、±0.62%和±1.33%,纵向的均匀性为±0.33%;对于SiO_2膜层,其在横向上、中和下的均匀性分别为±1.12%、±0.42%和±1.23%,纵向的均匀性为±0.25%。     

倍频波长分离膜半波孔的消除

指出了膜料色散、膜层折射率非均匀性以及膜厚控制误差积累等是导致半波孔产生的几个因素,其中膜层厚度周期性误差积累和敏感层厚度误差是导致半波孔的主要因素,还指出了半波孔的大小与膜系结构有关.借助计算机做了相应的数值计算,并从理论上进行了深入分析.针对这些因素采取相应的措施,设计和制备了倍频波长分离膜,有效地消除了半波孔.并给出了理论和实验光谱曲线,二者有很好的一致性.     

大型天文望远镜主镜镀膜技术

采取主镜镜面向上真空蒸镀制备方式,开展了大型天文望远镜主镜铝加介质保护反射膜技术研究。结合ZZS3200型镀膜设备真空室几何配置,对传统膜厚分布计算物理模型进行了修正,分别分析了铝膜与介质膜层膜厚均匀性。结果表明:理论分析与实验数据一致,直径2.4 m范围内膜厚不均匀性约5.5%。通过优化工艺,成功制备出1.8 m平面镜薄膜元件,在350~1 800 nm波段范围内,膜层平均反射率88.6%,通过了环境稳定性测验。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

 研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件，分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节，并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内，对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内，平面均匀性在1%以内；口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内，平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等，获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

建筑节能薄膜的设计与制备

对介质－金属组合的建筑节能薄膜进行了理论设计，给出双导和三层膜的理论参数，用计算机模拟了大面积薄膜的膜厚均匀性分布，获得了最佳的蒸发源配置，实验上达到了满足实际使用的均匀性要求，最后给出了实际样品的光谱特性。     

光学薄膜非均匀性的实时椭圆偏振测量

我们在真空镀膜机上装置了一套旋转检偏器式的自动光度椭圆偏振仪,对蒸发中的薄膜进行实时偏振测量。然后从偏振参数Δ,ψ随厚度变化的轨迹中分析折射率的非均匀性情况。实验结果表明,ZnS和ZnSe都具有近100的内表面过渡层和外表面过渡层,中间则基本是均匀膜层。     

三级公自转行星系统中弯月透镜表面膜厚均匀性的研究

为提高弯月透镜表面的膜厚均匀性,对三级公自转行星系统中弯月透镜表面进行了膜厚均匀性的研究。构建了三级公自转行星盘的运动轨迹方程,并根据膜厚计算公式,建立了与三级盘倾角、公转半径有关的弯月透镜表面相对膜厚分布模型,采用电子束蒸发和离子束辅助沉积技术对分布模型进行了实验验证。此外,根据多次实验结果优化三级公自转行星系统结构参数,以提高弯月透镜表面的膜厚均匀性。实验结果表明,在未使用修正挡板技术的情况下,当公转半径为650 mm、倾角为60°时,可将弯月透镜凸面表面膜厚均匀性控制在±2.45%以内。     

Effect of the Pd-Au thin film thickness uniformity on the performance of an optical fiber hydrogen sensor

Thin alloy film of Pd and Au, formed by simultaneous electron-beam and thermal evaporation techniques, respectively, is used in the design of an optical fiber hydrogen sensor. The sensor consists of a multimode fiber (MMF) in which a short section of single mode fiber (SMF), coated with the Pd-Au thin film, is inserted. Due to core diameter mismatch, the SMF cladding guides light, allowing the interaction between the sensing layer and the guided light. When the sensor is exposed to hydrogen, the Pd-Au layer refractive index diminishes and causes attenuation changes on the transmitted light. Several samples with different layer thickness uniformity were fabricated and tested in a very simple experimental set-up. We have observed that the sensor signal change is dependant on layer thickness uniformity, since the effective interaction length between the evanescent field and the sensing layer is increased. By contrast, such uniformity practically has no influence on the time response of the sensor. The resulting Pd-Au film can detect 4% hydrogen with a response time of 15 s.     

太赫兹脉冲光谱法测量微米级多层油漆涂层厚度技术

在汽车工业、飞机、船舶等领域中,油漆的涂层厚度管理对产品防水、防锈功能和颜色效果有着重要影响,但是目前采用的商业化涂层测厚仪都是接触式,并且很难直接获得多层涂层中的各层厚度。利用反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统探测样品的太赫兹脉冲光谱,基于脉冲回波的飞行时间建立简易的单点漆膜厚度提取模型。并通过最小二乘法拟合油漆样品的光学厚度与几何厚度之间的线性关系计算出12种涂覆在铝板上的油漆样品的测量折射率,发现金属油漆与非金属油漆在太赫兹波段的折射率存在较大的差异,闪光银色油漆样品的测量折射率为5.15,而白色油漆样品的测量折射率仅为2.64。在单层白色油漆样品厚度分布均匀的区域内测量50个点的膜厚,以磁/涡流感应涂层测厚仪的测量数据为参考标准,得到的厚度平均值为71.7 μm,测量误差为3.5 μm。对双层油漆样品进行二维扫描,测得白色油漆和底漆的厚度分布分别是(233±13)和(130±11) μm。同样,通过黑色三层油漆样品和银色三层油漆样品的二维分布图,分析了各层的漆膜厚度及其分布的均匀性。结果表明,太赫兹脉冲光谱法实现了1～3层漆膜的厚度测量及其分布均匀性评估,该方法对金属油漆的厚度分辨力较高,并且可通过非接触探测样品的太赫兹脉冲光谱,获得多层油漆的各层厚度及厚度的二维分布信息,易于实现喷涂质量的评估。     

Below-bandgap refractive index of AlAs/GaAs multiple quantum wells

Precision reflection measurements were performed on GaAs/AlAs superlattices of the same composition but different layer spacings. Nonlinear-least-squares fits to the data were performed to a single layer. Measurements were extracted for the superlattice thickness, thickness of a disturbed interface layer between the superlattice and substrate, the uniformity in composition and/or spacing and the composition. It was demonstrated that these nondestructive measurements in the infrared region (3000 to 12 000 cm^–1) in conjunction with a simple single layer model are capable of accurately yielding the above quantities with high precision.     

低速p/i界面缓冲层对高速沉积微晶硅太阳电池性能的影响

在采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术高速沉积微晶硅(μc-Si：H)太阳电池过程中,产生的高能离子对薄膜表面的轰击作用会降低薄膜质量和破坏p型掺杂层(p层)与本征层(i层)之间的界面特性.针对该问题提出在电池中引入低速沉积的p/i界面层的方法,即在p层上先低速沉积一薄层本征μc-Si：H薄膜,然后再高速沉积本征μc-Si：H薄膜.实验结果表明,引入低速方法沉积的界面层有效地提高了p/i界面特性和i层微结构的纵向均匀性,而随界面层厚度的增加,i层中的缺陷态先降低后增加, 关键词： μc-Si：H太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积 p/i界面层     

Normal-incidence pulsed-laser deposition: better method for fabrication of multilayer structures

A new normal-incidence pulsed-laser deposition method is presented. Fe/Mn multilayers were fabricated using both 45°- and normal-incidence deposition of a pulsed laser and were characterized using the small-angle X-ray reflectivity measurement. This new method provides much better control of the lateral uniformity and layer thickness than the 45°-incidence deposition method.     

The influence of the discharge parameters on the plasma spatial structuring in argon DBDs

The plasma parameters, discharge plasma uniformity and filamentation processes in high pressure (near atmospheric pressure) dielectric barrier discharges (DBD) in argon are studied using the developed two-dimensional 2D(r, z) model. The applied voltage frequency, the voltage shape, the dielectric layers material and its thickness are varied and the effects of such variations on plasma uniformity, discharge structure and operation are studied. The DBD discharges with different dielectric layers thickness, dielectric constants and secondary electron emission coefficients are simulated. It was shown that the dielectric layer thickness is an important parameter for producing high pressure discharges uniform over the radius. The possibility of the radially uniform discharges at atmospheric pressure was shown in the present study.     

点火黑腔用铝铜复合芯轴的制备及性能

选取纯度较高的1100铝棒作为加工模芯的原材料,利用金刚石车床精加工出表面粗糙度均方根值小于20 nm的铝模芯,采用磁控溅射的方法在铝模芯上制备厚度大于5 m的铜防护层,得到铝铜复合芯轴。对制备的铜防护层的表面微观结构、结晶性能、厚度一致性进行了分析测试,结果表明磁控溅射法制备的铜防护层沿(111)面择优生长,表面粗糙度均方根值小于30 nm,厚度一致性优于95%,圆柱度小于1 m。镀层与基底结合力强,可满足大厚度黑腔涂层的制备需求。     

超声电铸提高金属微流控芯片模具的均匀性

利用微电铸技术制作的微流控芯片模具往往存在沉积厚度不均匀的缺陷,这种缺陷会影响模具的尺寸精度及使用性能,并增加模具的制作成本。为了制得厚度均匀的微流控芯片模具,研究了超声电铸对模具均匀性的影响。首先,采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立微流控芯片模具的微电铸模型,分析电铸2 h后的模具的厚度分布。并根据该仿真结果,设计掩模版。然后,在自主搭建的超声电铸装置中进行一系列电铸实验,来研究超声搅拌对模具均匀性的影响。实验结果表明:电铸过程中添加超声搅拌可以改善微流控芯片模具的均匀性。超声功率为200 W时,超声频率改善模具均匀性的程度为200 kHz＞80 kHz＞120 kHz。超声频率为200 kHz时,超声功率改善模具均匀性的程度为500 W＞200 W＞100 W。当超声的频率和功率分别为200 kHz和500 W时,与无超声电铸相比,模具的均匀性提高约30%。