电子束蒸发制备HfO2高k薄膜的结构特性

使用高真空电子束蒸发在p型Si（100）衬底上制备了高k HfO2薄膜.俄歇电子能谱证实薄膜组分符合化学配比；x射线衍射测量表明刚沉积的薄膜是近非晶的，高温退火后发生部分晶化；原子力显微镜和扫描电子显微镜检测显示在高温退火前后薄膜均具有相当平整的表面，表明薄膜具有优良的热稳定性；椭偏测得在600?nm处薄膜折射率为2.09；电容电压测试得到的薄膜介电常数为19.这些特性表明高真空电子束蒸发是一种很有希望的制备作为栅介质的HfO2薄膜的方法. 关键词： 高k薄膜 HfO2 电子束蒸发     

电子束快退火法制备MgB_2薄膜及性质研究

利用电子束快退火法制备了MgB2超导薄膜.该方法利用高能电子束,在中真空条件下照射Mg-B多层前驱膜,照射时间维持在1s以下.在电子束的作用下,前驱膜中的Mg和B迅速反应,形成MgB2相.整个退火过程没有Mg蒸气与氩气保护,极短的退火时间有效地限制了前驱膜中Mg的流失和Mg与其它物质的反应.与传统制备工艺相比,该方法避免了混合物理化学气相沉积法中乙硼烷的使用;省去异位退火法中提供高Mg蒸气压的限制,避免在有Mg块存在情况下退火后样品表面存在Mg污染的问题.利用该方法在SiC(001)衬底上生长了100nm厚的MgB2薄膜,其超导转变温度Tc～35K,均方根粗糙度为3.6nm,临界电流密度Jc(5K,0T)=3.8×106 A/cm2.该方法对MgB2薄膜的大规模工业生产提供了一个新思路.     

真空退火对355nm Al2O3/MgF2高反射薄膜性能的影响

 采用电子束蒸发沉积技术制备了355nm Al₂O₃/MgF₂ 高反射薄膜，并在真空中进行不同温度梯度的退火，用X射线衍射（XRD）观察了薄膜微结构的变化，用355nm Nd：YAG脉冲激光测试了薄膜的激光损伤阈值，用Lambda 900光谱仪测试了薄膜的透过和反射光谱。结果表明在工艺条件相同的条件下真空退火过程对薄膜的性能有很大的影响，退火温度梯度越小的样品，吸收越小，阈值越大，并且是非晶结构。选择合适的真空退火过程可以减少355nm Al₂O₃/MgF₂ 高反射膜的膜层吸收，提高薄膜的激光损伤阈值。     

退火温度对电子束蒸发沉积Cu_2O薄膜性能的影响

近年来,钙钛矿太阳电池(PSCs)得到了迅猛发展,而无机空穴传输材料(IHTMs)的使用可进一步降低电池的成本,提高电池的稳定性.本文通过电子束蒸发制备了Cu_2O薄膜,研究了空气中退火温度及时间对薄膜组成、结构及光电性能的影响,并构筑了p-i-n反型平面异质结钙钛矿太阳电池.研究发现:由于热解作用,直接通过电子束蒸发制备的薄膜为Cu_2O和Cu的混合物;而在空气中经过退火后,由于氧化作用,随着退火温度的升高,薄膜的组分由混合物转变为纯的Cu_2O,再转变成纯的CuO.通过控制退火温度制备的Cu_2O薄膜的光学带隙约为2.5 eV,载流子迁移率约为30 cm~2·V~(-1)·s~(-1).应用于PSCs,薄膜的最佳厚度为40 nm,但电池性能低于PEDOT:PSS基的PSCs.这主要是由于钙钛矿前驱液在Cu_2O薄膜的润湿性较差,吸收层中有大量微孔洞存在,致使漏电流增强,电池的性能降低.然而,当采用Cu_2O/PEDOT:PSS双HTMs设计时,由于PEDOT:PSS对Cu_2O具有较强的腐蚀作用,使电池性能恶化.     

不同工艺制备的高反射薄膜在真空与大气环境下的激光损伤特性

 建立了光学元件在真空环境下的激光损伤测量系统,采用电子束蒸发和离子辅助技术制备了Hf­₂/SiO₂高反射薄膜。对不同工艺制备的薄膜在真空与大气环境下的1 064 nm波长的激光损伤阈值进行了测量,对薄膜的损伤形貌进行了观测。对薄膜的损伤特性研究分析结果表明：薄膜在真空环境中的损伤阈值相对大气环境中有明显下降,其1∶1测试和R1测试损伤阈值下降约30%;两种环境中的薄膜损伤特性也不同,真空环境中损伤阈值的下降可能与热传导的不同有关。     

氢致LaMg2Ni合金薄膜的光电性能变化

采用电子束蒸发法沉积LaNi/Mg多层膜,再于350℃真空退火合金化的方法制备了厚度为375nm的LaMg2Ni合金薄膜.在吸、放氢过程中,该合金薄膜能够在高反射的金属态和透明的半导体态之间可逆地转变.在可见光波长范围内的平均透射率和电阻率在反射态和透明态之间的对比度大于104.利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了吸放氢前后薄膜的表面及剖面形貌.结果表明,在氢化过程中薄膜表面的平整性降低且不可恢复,是脱氢态中出现低反射现象的主要原因.     

纳米Cu_2O薄膜的制备及其表面增强拉曼光谱EI北大核心CSCD

采用真空电子束蒸发技术及后续热氧化技术,在玻璃基底上制备了不同厚度的金属铜薄膜。采用X射线衍射、X射线光电子能谱分别表征了所制备的金属铜薄膜的晶体结构和元素组成。采用紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别分析了所制备的金属铜薄膜的吸收谱和表面增强拉曼光谱(SERS)活性。随着膜厚的增加,退火后的薄膜样品由非晶态转变为(111)面择优生长的多晶态,且其吸收边发生红移。当退火温度为200℃、退火时间为60min时,能够获得单一相的纳米氧化亚铜(Cu_2O)薄膜。薄膜样品SERS活性随纳米Cu_2O薄膜吸光度的增大而增强。     

纳米Cu_2O薄膜的制备及其表面增强拉曼光谱

采用真空电子束蒸发技术及后续热氧化技术,在玻璃基底上制备了不同厚度的金属铜薄膜。采用X射线衍射、X射线光电子能谱分别表征了所制备的金属铜薄膜的晶体结构和元素组成。采用紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别分析了所制备的金属铜薄膜的吸收谱和表面增强拉曼光谱(SERS)活性。随着膜厚的增加,退火后的薄膜样品由非晶态转变为(111)面择优生长的多晶态,且其吸收边发生红移。当退火温度为200℃、退火时间为60min时,能够获得单一相的纳米氧化亚铜(Cu_2O)薄膜。薄膜样品SERS活性随纳米Cu_2O薄膜吸光度的增大而增强。     

氢致LaMg2Ni合金薄膜的光电性能变化

采用电子束蒸发法沉积LaNi/Mg多层膜,再于350℃真空退火合金化的方法制备了厚度为375nm的LaMg₂Ni合金薄膜.在吸、放氢过程中,该合金薄膜能够在高反射的金属态和透明的半导体态之间可逆地转变.在可见光波长范围内的平均透射率和电阻率在反射态和透明态之间的对比度大于10⁴.利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了吸放氢前后薄膜的表面及剖面形貌.结果表明,在氢化过程中薄膜表面的平整性降低且不可恢复,是脱氢态中出现低反射现象的主要原因. 关键词： 薄膜 光电性能 氢 形貌     

电子束蒸发在不同Ar气氛下外退火制备MgB2超导薄膜

制备高质量的MgB2薄膜是实现MgB2超导电子器件应用的前提和基础.我们用电子束蒸发B膜和Mg/B多层膜为前驱然后后退火的方法,分别在高温区(~900℃)和中温区(~750℃)成功获得了MgB2超导薄膜.改变退火的Ar气压条件,采用B膜前驱退火的样品Tc可达到38K以上,转变宽度0.3K.Mg/B多层膜的结果尽管Tc稍低(Tc~35K),但薄膜表面更加均匀,且避免了高温下Mg蒸汽污染的问题.对于两种前驱退火中观察到的完全不同的退火气压影响,我们认为是与其各自的超导成相过程相联系的,在此基础上我们对退火气压效应给出了自己的分析和解释,为今后进一步细致研究退火过程中的薄膜生长机制提供了参考.     

两种后处理方法对HfO2薄膜性能的影响

利用电子束蒸发和光电极值监控技术制备了氧化铪薄膜,并分别用两种后处理方法(空气中退火和氧等离子体轰击)对样品进行了处理.然后,对样品的透过率、吸收和抗激光损伤阈值进行了测试分析.实验结果表明,两种后处理方法都能不同程度地降低了氧化铪薄膜的吸收损耗、提高了抗激光损伤阈值.实验结果还表明,氧等离子体轰击的后处理效果明显优于热退火,样品的吸收平均值在氧等离子体后处理前后分别为34.8 ppm和9.0 ppm,而基频(1 064 nm)激光损伤阈值分别为10.0 J/cm2和21.4 J/cm2.     

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。     

离子束辅助反应制备的氧化铪薄膜特性

 采用电子束直接蒸发氧化铪、无辅助电子束反应蒸发和离子束辅助反应蒸发金属铪3种沉积方式制备了单层HfO₂薄膜，对样品的光学性能、结构特性以及激光损伤特性进行了研究。实验结果表明：通过反应沉积的方法可以有效减少缺陷产生并改善均匀性，施加离子辅助可以提高薄膜的折射率，在一定条件下还可以有效地降低吸收，但激光损伤阈值仍未达到直接采用氧化铪制备的水平；晶体结构方面，离子辅助条件下可以获得单斜相氧化铪薄膜，并且随着轰击能量的提高由(002)面的择优取向向(-111)面转变。     

Annealing effects on residual stress of HfO2/SiO2 multilayers

HfO2/SiO2 multilayer films were deposited on BK7 glass substrates by electron beam evaporation method.The effects of annealing at the temperature between 200 and 400℃ on residual stresses have been studied.It is found that the residual stress of as-deposited HfO2/SiO2 multilayers is compressive.It becomes tensile after annealing at 200℃,and then the value of tensile stress increases as annealing temperature increases.And cracks appear in the film because tensile stress is too large when the sample is annealed at 400℃.At the same time,the crystallite size increases and interplanar distance decreases with the increase of annealing temperature.The variation of residual stresses is corresponding with the evolution of structures.     

HfO2薄膜的结构对抗激光损伤阈值的影响

利用蒸发氧化铪和离子辅助蒸发金属铪反应沉积氧化铪薄膜，对两种工艺下制备的氧化铪薄膜进行光学和结构以及激光损伤特性的研究. 实验结果表明，用金属铪反应沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀，并且具有较高的激光损伤阈值. 文章对损伤阈值和薄膜的结构及光学特性之间的关系进行了讨论.     

Laser-induced damage of high reflectors for Ti:sapphire laser system

A broadband (～ 176 nm, R ＞ 98%, λ0 = 800 nm) and high laser-induced damage threshold (LIDT =2.4 J/cm2) TiO2/HfO2/SiO2 high reflector (HR) for Ti:sapphire chirped-pulse amplification (CPA) laser system is fabricated by the electron beam evaporation. The refractive index and extinction coefficient of TiO2 and HfO2 films are calculated from single-layer films' transmittance spectra. The properties of HR are mainly determined by the high refractive index material. The high refractive index leads to wide bandwidth. A low extinction coefficient indicates low absorption and high LIDT. The possible damage mechanism of HR is discussed.     

单斜相HfO2薄膜弹性常数的第一性原理计算

用电子束蒸发沉积在K9玻璃基底上镀制HfO2薄膜,沉积温度为200℃,蒸发速率为0.03nm/s。由X射线衍射谱可知薄膜出现明显结晶,且为单斜相和正交相混合结构,其中单斜相占明显优势。用Jade5软件分析得到单斜相HfO2的晶格常数a,b,c以及晶格矢量a和c之间的夹角β。基于得到的晶格常数建立了单斜相HfO2薄膜的晶体结构模型。同时建立固态单斜相HfO2的晶体结构模型进行对比。通过密度泛函理论(DFT)框架下的平面超软赝势法,采用两种不同的交换关联函数:局域密度近似(LDA)中的CA-PZ和广义梯度近似(GGA)中的质子平衡方程(PBE),计算了薄膜态和固态单斜晶相HfO2的弹性刚度系数矩阵Cij和弹性柔度系数矩阵Sij,Reuss模型、Voigt模型和Hill理论下的体积模量和剪切模量,材料平均杨氏模量和泊松比。此外还计算得到薄膜态和固态单斜晶相HfO2在不同方向上的杨氏模量。     

Study on Laser Conditioning of Optical Coatings

ＳｔｕｄｙｏｎＬａｓｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆＯｐｔｉｃａｌＣｏａｔｉｎｇｓ￥ＺＨＡＯＱｉａｎｇ；ＦＡＮＺｈｅｎｇｘｉｕ；ＷＡＮＧＺｈｉｊｉａｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓ...     

离子辅助沉积大口径传输反射镜面形控制研究

 针对大型激光系统中光束质量低和波前畸变等特点,采用离子辅助电子束蒸发技术成功实现对多层膜残余应力的精确控制。通过分析氧化铪、氧化硅单层膜残余应力变化规律,研究了离子源束压、束流参量对膜层折射率、残余应力性质及大小的影响。540 mm×340 mm×60 mm规格大口径传输反射镜面形PV值达到0.5λ(λ=632 nm),小光束损伤测试情况下,样品元件的损伤阈值大于30 J/cm2(N-on-1,1 064 nm,5 ns),利用该技术制备的大口径传输反射镜已获得成功应用。