二氧化钛薄膜表面粗糙度研究

为了探究二氧化钛(TiO₂)薄膜表面粗糙度的影响因素, 利用离子束辅助沉积电子束热蒸发技术对不同基底粗糙度以及相同基底粗糙度的K9玻璃完成二氧化钛(TiO₂)光学薄膜的沉积。采用TalySurf CCI非接触式表面轮廓仪分别对镀制前基底表面粗糙度和镀制后薄膜表面粗糙度进行测量。实验表明, TiO₂薄膜表面粗糙度随着基底表面的增大而增大, 但始终小于基底表面粗糙度, 说明TiO₂薄膜具有平滑基地表面粗糙的作用; 随着沉积速率的增大, 薄膜表面粗糙度先降低后趋于平缓; 对于粗糙度为2 nm的基底, 离子束能量大小的改变影响不大, 薄膜表面粗糙度均在1.5 nm左右; 随着膜层厚度的增大, 薄膜表面粗糙度先下降后升高。     

Be原子在Be基底上的沉积过程研究

利用分子动力学方法模拟了Be原子在Be基底上的沉积过程. 模拟了沉积粒子不同入射动能条件下, 沉积薄膜表面形态的差异. 在一定能量范围内, 增加粒子入射动能可以减小薄膜的表面粗糙度. 但是, 过高的入射动能, 不利于减小薄膜表面粗糙度. 通过沉积薄膜中原子配位数以及单个原子势能沿薄膜厚度的分布, 分析沉积原子入射动能对于薄膜及表面结构的影响. 沉积动能较大时, 薄膜的密度较大; 单个原子势能沿薄膜厚度分布较为连续; 同时薄膜中原子应力沿薄膜厚度分布较为连续. 最后, 分析了沉积粒子能量转化的过程、粒子初始动能对基底表面附近粒子局部动能增加的影响.     

电子束蒸发氧化锆薄膜的粗糙度和光散射特性

利用电子束蒸发工艺，以Ag层为衬底，沉积了中心波长为632.8nm的氧化锆(ZrO₂)薄膜，膜层厚度在80—480nm范围内变化.研究了不同厚度样品的粗糙度变化规律和表面散射特性.结果发现，随着膜层厚度的逐渐增加，其表面均方根(RMS)粗糙度和总积分散射(TIS)均呈现出先减小后增大的趋势.利用非相关表面粗糙度的散射模型对样品的TIS特性进行了理论计算，所得结果与测量结果相一致. 关键词： 氧化锆 表面粗糙度 标量散射 电子束蒸发     

低能离子束诱导Ag表面纳米金字塔微结构

利用离子束溅射诱导实验方法,在单晶Si(100)基底上辅助沉积银膜,研究了低能Ar+离子束30°入射时,不同离子束能量和束流密度以及基底温度对Ag纳米结构的影响.结果表明:在较低基底温度下(32~100℃)辅助沉积银膜,膜层表面会呈现排列紧密、晶粒尺寸一致的金字塔状纳米结构.当温度升高时(32~200℃),纳米微结构横向尺寸λc迅速增加,而粗糙度先减小(32~100℃)后迅速增大(100~200℃);当离子束能量1 400eV、束流密度15~45μA/cm2时,在相同温度下,随着离子束束流密度的增大,纳米晶粒横向尺寸基本不变,粗糙度略有增加;当离子束流密度为15μA/cm2、能量1 000~1 800eV时,在相同温度下,随着离子束能量的增加,银纳米结构尺寸增加,而表面粗糙度先增加,然后缓慢减小.自组织纳米结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.     

铜薄膜等离子改性及表面增强拉曼光谱的研究

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术是一种基于探测吸附于金属基底表面分子振动光谱的快速无损检测方法,目前广泛应用于表面吸附、电化学催化、传感器、生物医学检测和痕量的检测与分析等领域。本实验采用直流磁控溅射技术在BK7玻璃基底上沉积一层厚度为50 nm的金属铜薄膜,在Ar离子轰击作用下获得不同表面粗糙度的金属铜薄膜样品,从而制备具有不同表面增强拉曼光谱活性的金属基底。实验样品分别通过X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、分光光度计、拉曼光谱仪表征其结构、表面形貌及光学性质。测试结果表明铜膜在Ar离子束轰击前后,样品X射线衍射谱的峰值强度没有发生变化,说明其晶相结构未发生改变;随着离子束能量的增加,薄膜表面粗糙度改变,光学散射强度随着表面粗糙度的增加而增强;离子束薄膜表面改性后,以罗丹明B(Rh B)为探针分子,表征薄膜样品表面增强拉曼的活性,通过对比不同样品表面Rh B的拉曼光谱,发现其光谱强度随金属铜薄膜样品表面粗糙度的增加而增强。     

沉积工艺对YbF_3薄膜可靠性的影响

从沉积方式、薄膜厚度、沉积温度和离子束能量四个方面,研究了沉积工艺对氟化镱(YbF3)薄膜可靠性的影响。研究结果表明,相较于电阻加热蒸发方式,用电子束加热蒸发得到的YbF3薄膜,其致密性更好,水汽吸收更少;薄膜太厚或沉积温度太高会加大YbF3薄膜的应力,使薄膜表面出现裂痕,甚至使薄膜脱落;离子束辅助沉积可以增加YbF3薄膜的附着力,改善薄膜的表面质量;随着离子束能量的增加,薄膜的应力先增大后减小。根据以上研究结果得出YbF3薄膜的最佳沉积工艺,并研制出具有良好光谱性能和高可靠性的宽光谱增透膜。     

热处理对CH薄膜表面粗糙度及力学性能的影响

利用低压等离子体化学气相沉积法制备厚度约为7μm的辉光放电聚合物薄膜,将制备的薄膜样品放入通有氩气保护的热处理炉中加热至300℃,分别进行6,10,24h的保温热处理。通过白光干涉仪观察分析了不同保温时间下辉光放电聚合物薄膜的表面粗糙度;利用傅里叶变换红外吸收光谱分析了300℃条件下不同保温时间对薄膜结构的影响;采用纳米压痕仪表征了不同保温时间热处理后,薄膜硬度及模量的变化。结果表明:随着保温时间的增加,薄膜的表面均方根粗糙度由12nm降至4.43nm。薄膜结构中甲基的相对含量减少,双键的相对含量增加,碳链变长,同时薄膜网络结构的交联化程度增强。硬度和模量随着保温时间的增加先减小后增大。     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法.理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数.结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80 nm后,两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓.实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80~160 nm之间.     

直流磁控溅射制备AlN薄膜的结构和表面粗糙度

采用直流磁控反应溅射法,在Si(111)基底上成功制备了多晶六方相AlN薄膜.研究了溅射过程中溅射气压对薄膜结构和表面粗糙度的影响.结果表明:当溅射气压低于0.6 Pa时,薄膜为非晶态,在傅里叶变换红外光谱中,没有明显的吸收峰;当溅射气压不低于0.6 Pa时,薄膜的X射线衍射图中均出现了六方相的AlN(100)、(110)和弱的(002)衍射峰,说明所制备的AlN薄膜为多晶态,在傅里叶变换红外光谱中,在波数为677 cm-1处有明显的吸收峰;随着溅射气压的增大,薄膜表面粗糙度先减小后增大,而薄膜的沉积速率先增大后减少,且沉积速率较大有利于减小薄膜的表面粗糙度;在溅射气压为0.6 Pa时,薄膜具有最小的表面粗糙度和最大的沉积速率.     

离子束技术对氧化铪薄膜性能的影响

 在基底清洗、薄膜沉积和薄膜后处理三个阶段均采用离子束技术,制备了氧化铪薄膜,并对薄膜的光学性能、表面特性和激光损伤阈值特性进行测试和研究。结果表明,利用离子束技术清洗基底可以增强表面吸附;离子束辅助沉积在合适离子束能量下可以得到高堆积密度、高损伤阈值的薄膜;离子束后处理氧化铪薄膜可以降低表面粗糙度,改善抗激光损伤阈值。说明在三个薄膜制备阶段同时采用合适的离子束参数可以制备出结构致密、阈值高、表面粗糙度好的氧化铪薄膜。     

Investigation of interface roughness cross-correlation properties of optical thin films from total scattering losses

The interface roughness and interface roughness cross-correlation properties affect the scattering losses of high-quality optical thin films. In this paper, the theoretical models of light scattering induced by surface and interface roughness of optical thin films are concisely presented. Furthermore, influence of interface roughness cross-correlation properties to light scattering is analyzed by total scattering losses. Moreover, single-layer TiO₂ thin film thickness, substrate roughness of K9 glass and ion beam assisted deposition (IBAD) technique effect on interface roughness cross-correlation properties are studied by experiments, respectively. A 17-layer dielectric quarter-wave high reflection multilayer is analyzed by total scattering losses. The results show that the interface roughness cross-correlation properties depend on TiO₂ thin film thickness, substrate roughness and deposition technique. The interface roughness cross-correlation properties decrease with the increase of film thickness or the decrease of substrates roughness. Furthermore, ion beam assisted deposition technique can increase the interface roughness cross-correlation properties of optical thin films. The measured total scattering losses of 17-layer dielectric quarter-wave high reflection multilayer deposited with IBAD indicate that completely correlated interface model can be observed, when substrate roughness is about 2.84 nm.     

电子束、离子辅助和离子束溅射三种工艺对光学薄膜性能的影响

 运用电子束、离子辅助和离子束溅射三种镀膜工艺分别制备光学薄膜，包括单层氧化物薄膜和增透膜，然后采取一系列测试手段，如Zygo轮廓仪、原子力显微镜、表面热透镜技术和X射线衍射等技术，来分析和研究不同的工艺对这些薄膜性能的不同影响，以判断合理的沉积工艺。     

Surface modifications of ultra-thin gold films by swift heavy ion irradiation

Gold films of thickness 10 and 20 nm grown on float glass substrate by thermal evaporation technique were irradiated with 107 MeV Ag⁸⁺ and 58 MeV Ni⁵⁺ ions at different fluences and characterized by Grazing Incidence X-ray Diffraction (GIXRD) and Atomic Force Microscopy (AFM). The pristine films were continuous and no island structures were found even at these small thicknesses. The surface roughness estimated from AFM data did not show either monotonic increase or decrease with ion fluences. Instead, it increased at low fluences and decreased at high fluences for 20 nm thick film. In the 10 nm film roughness first increased with ion fluence, then decreased and again increased at higher fluences. The pattern of variation, however, was identical for Ni and Ag beams. Both the beams led to the formation of cracks on the film surface at intermediate fluences. The observed ion-irradiation induced thickness dependent topographic modification is explained by the spatial confinement of the energy deposited by ions in the reduced dimension of the films.     

离子束溅射沉积不同厚度铜膜的光学常数研究

利用Lambda-900分光光度计对离子束溅射沉积不同厚度Cu膜测定的反射率和透射率,运用哈德雷方程,并考虑基片后表面的影响,对离子束溅射沉积的Cu膜光学常数进行了计算。结果表明,在同一波长情况下,膜厚小于100 nm的纳米Cu膜光学常数随膜厚变化明显;膜厚大于100 nm后,Cu膜的光学常数趋于一定值。Cu膜不连续时的光学常数与连续膜时的光学常数随波长变化规律不同;不同厚度的连续膜的光学常数随波长变化规律相同,但大小随膜厚变化而变化。     

金属杂质辅助低能氩离子束诱导蓝宝石自组织纳米结构

使用实验室自主研发的等离子抛光与刻蚀系统,研究了不同入射能量下不锈钢杂质辅助Ar+离子束刻蚀蓝宝石表面自组织纳米结构的形成机制。采用Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后蓝宝石样品的粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。研究表明:引入不锈钢杂质后,当离子束入射角度为65°、束流密度为487μA/cm²、刻蚀时间为60 min、离子束入射能量为1000 eV时,蓝宝石样品表面出现了纵向高度为11.1 nm高度有序的条纹状纳米结构;随着入射能量的增加,表面开始出现岛状纳米结构;当入射能量为1200 eV时,形成了岛状与条纹状相结合的纳米结构,其纵向高度为13.6 nm;入射能量继续增加,蓝宝石表面岛状结构密度变大;当入射能量达1400 eV时,样品表面岛状结构的纵向高度为18.8 nm;入射能量为1600 eV时,样品表面出现较为有序且密集的岛状结构,其纵向高度为20.1 nm。自组织纳米结构先是以“条纹”形状出现,随着入射能量的增加,引入的金属杂质打破了在离子束溅射过程中表面生长机制和表面平滑机制的平衡状态,形成了岛状结构,该结构促进了纳米结构的生长,改变了纳米结构的有序性。     

Effect of substrate morphology on the roughness evolution of ultra thin DLC films

The effect of substrate roughness on growth of ultra thin diamond-like carbon (DLC) films has been studied. The ultra thin DLC films have been deposited on silicon substrates with initial surface roughness of 0.15, 0.46 and 1.08 nm using a filted cathodic vacuum arc (FCVA) system. The films were characterized by Raman spectroscope, transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscopy (AFM) to investigate the evolution of the surface roughness as a function of the film thickness. The experimental results show that the evolution of the surface morphology in an atomic scale depends on the initial surface morphology of the silicon substrate. For smooth silicon substrate (initial surface roughness of 0.15 nm), the surface roughness decreased with DLC thickness. However, for silicon substrate with initial surface roughness of 0.46 and 1.08 nm, the film surface roughness decreased first and then increased to a maximum and subsequently decreased again. The preferred growth of the valley and the island growth of DLC were employed to interpret the influence of substrate morphology on the evolution of DLC film roughness.     

溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜的压电行为

"采用溶胶-凝胶技术在单晶硅Si(111)上制备了ZnO压电薄膜,并以扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)进行了表征．XRD衍射实验表明ZnO薄膜随着膜厚的增大,其(002)取向逐渐增强;AFM研究了薄膜的表面形貌、粗糙度与晶粒大小的结果表明,ZnO压电薄膜的粗糙度与晶粒寸随着薄膜厚度的增大而减小．粗糙度为2.188~0.914 nm．利用PFM研究压电系数,发现随着薄膜厚度的增加,(002)生长方向增强,压电系数逐渐增大;当力参数小于薄膜的表面粗糙度时,压电系数测量不准确且在较大幅度