双离子束溅射沉积HfO­­2光学薄膜的研究

 用双离子束溅射沉积氧化铪光学薄膜，并对此工艺下制备的氧化铪薄膜进行了光学性质、残余应力、结构特性以及激光损伤特性的研究。实验结果表明，用双离子束溅射沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,膜层致密,无定形结构，而且具有极低的散射和吸收,均匀的非晶结构,杂质缺陷少,激光损伤阈值高。     

退火对EBE,IBS和ALD沉积HfO2薄膜的抗激光损伤性能影响

结合自身实验条件采用电子束蒸发(EBE)、离子束溅射(IBS)和原子层沉积(ALD)三种工艺制备了HfO2薄膜,对其进行退火实验,采用1064 nm Nd:YAG激光测定了即时沉积和退火后各HfO2薄膜的抗激光损伤能力。研究发现,ALD HfO2薄膜的激光损伤阈值最高,EBE HfO2薄膜次之,IBS HfO2薄膜的损伤阈值最低;300℃退火对各工艺薄膜抗激光损伤能力的影响均为负面,500℃退火则会显著降低ALD HfO2薄膜的抗激光损伤能力。     

氧化物薄膜的离子束溅射沉积

用离子束溅射沉积的方法制备的TiO_2、ZrO_2薄膜的光吸收损耗明显降低,对其折射率、光吸收和抗激光损伤阈值等特性进行了分析.     

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。     

Y稳定的ZrO2薄膜双轴取向生长的Monte Carlo研究

本文采用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟低能Ａｒ＋离子注入ＺｒＯ２单晶所引起的原子级联碰撞过程．模拟结果表明，Ａｒ＋离子沿［１１１］轴沟道方向入射的溅射率低于沿［１０１］轴沟道方向入射的溅射率，更低于沿非沟道方向入射的溅射率．Ａｒ＋离子沿沟道方向入射的溅射率与非沟道方向入射的溅射率的差别随着Ａｒ＋离子入射能量的增大而迅速增大．因此在薄膜生长的过程中，若用一定能量的离子束以一定的入射角度进行轰击，薄膜中那些低指数晶向对准离子入射方向的晶粒，其溅射率和损伤程度较小．这些晶粒能保存下来并继续生长，而其它的晶粒由于其溅射率和损伤程度较大生长受到抑制．在薄膜生长的过程中，溅射率最少的晶粒由于生长速度较快，最终抑制了其它取向晶粒的生长．该模拟计算定性地说明了由于晶粒溅射产额的各向异性导致了Ｙ稳定的ＺｒＯ２薄膜具有单一的取向和平面织构．     

Pb(Zr0.6Ti0.4)O3/YBa2Cu3O7-x双层结构的制备及其特性的研究

我们通过脉冲激光淀积的方法在Ｙ－ＺｒＯ２衬底上原位生长了Ｐｂ（Ｚｒ０．６Ｔｉ０．４）Ｏ３／ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ双层薄膜,在此样品上利用电子探针分析了成分,Ｘ衍射谱证实了两层薄膜为单取向生长,对Ｐｂ（Ｚｒ０．６Ｔｉ０．４）Ｏ３薄膜的铁电性质进行了测试,得到了典型的电滞回线,并对介电常数和损耗角正切值随频率变化进行了测量。     

激光薄膜吸收损耗控制研究进展

激光技术的不断发展对激光薄膜的光学性能、激光损伤阈值、机械性能等提出了越来越高的要求。具有低吸收损耗的激光薄膜在强激光、精密测量等领域有十分重要的应用。从电子束蒸发和离子束溅射沉积工艺、薄膜材料两个方面,对激光薄膜在吸收损耗控制方面的研究进展进行综述,详细介绍了制备过程中多个环节对薄膜吸收损耗的调控方法,以及单一材料和混合物薄膜的吸收机理、吸收调控方法。     

一种用于Yb:YAG激光器的波长分离膜的研制

以1 030 nm高反,940,980 nm高透的波长分离膜作为实例,为提高该薄膜元件的波长分离效果,从膜系的优化方面做了一系列的研究,诸如采用带通滤光片的设计思想,在膜堆两侧加入了匹配层,调整膜堆的周期厚度,并用膜系设计软件对通带作进一步的优化.通过这一系列的优化设计后,利用RF双离子束溅射工艺在BK7玻璃基底上沉积样品薄膜,并在基底背面加镀通带增透膜.结果显示,透射带在940和980 nm处的透过率分别为97.73%和93.63%,反射带在1 030 nm的反射率为99.99%.对所制备的样品薄膜进行了激光损伤阈值测量,得到了35 J/cm2(1 064 nm,12 ns)的结果.     

离子束溅射氧化铪薄膜的能带特性

氧化铪是高激光损伤阈值薄膜领域内一种重要的高折射率材料,其禁带宽度和Urbach带尾宽度直接影响到薄膜的吸收和激光损伤阈值。针对离子束溅射沉积法制备的氧化铪薄膜,以基板温度、离子束电压、离子束电流和氧气流量为主要制备参数,提出了基于正交实验的光学带隙调整方法,并采用Cody-Lorentz介电常数模型表征了薄膜的禁带宽度和带尾宽度。研究结果表明,当置信概率为90%时,在影响氧化铪薄膜禁带宽度的制备因素中,影响权重从大到小依次为基板温度、离子束电流和氧气流量,采用低基板温度、中等离子束电流和低氧气流量制备参数组合,可以获得高禁带宽度的氧化铪薄膜;对带尾宽度影响最大的制备参数是基板温度,其他参数影响不显著,在高基板温度下可以获得较低的带尾宽度,这表明氧化铪薄膜的无序度较低。     

离子束清洗在激光薄膜中的应用

介绍了在激光薄膜中End Hall型离子源离子束清洗的应用。通过实验验证了基片的二次污染和离子束的清洗效果,观测了离子束清洗前后基片的表面形貌变化。研究了用离子束清洗基片时对薄膜抗激光损伤阈值的作用。分析了用离子束清洗基片时其基片表面的性质,如清洁度、表面能、接触角、表面形貌的变化机理。指出了杂质微粒的去除和附着力的增加是如何使薄膜抗激光损伤阈值显著提高的。     

离子辅助沉积氧化物薄膜的光学特性

考察了不同离子、离子能量、离子束流密度等制备参数对离子辅助沉积的TiO_2、ZrO_2和SiO_2薄膜的折射率、吸收和激光损伤阈值等光学特性的影响。     

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。     

二氧化锆薄膜表面粗糙度的研究

采用电子束蒸发工艺,利用泰勒霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪,研究了不同基底粗糙度、不同二氧化锆薄膜厚度以及不同的离子束辅助能量下所沉积的二氧化锆薄膜的表面粗糙度。结果表明：随着基底表面粗糙度的增加,二氧化锆薄膜表面粗糙度呈现出先缓慢增加,当基底的粗糙度大于10nm后呈现快速增加的趋势;随着二氧化锆薄膜厚度的增加,其表面均方根粗糙度（RMS）先减小后增大;随着辅助沉积离子能量的增加,其表面粗糙度呈现出先减小后增加的趋势。     

单脉冲飞秒脉冲激光对单层和高反光学薄膜的损伤

用电子束蒸发的方法在BK7玻璃上制备了ZrO2单层膜和ZrO2/SiO2高反膜,利用掺Ti:sapphire飞秒激光系统输出的中心波长为800 nm,脉宽为50 fs的激光脉冲对这两种样品进行了激光损伤阈值测试.实验结果表明,ZrO2单层膜的阈值比ZrO2/SiO2高反膜的高;这与传统的纳秒脉冲激光的损伤情况相反.利用光离化和碰撞离化激发电子到导带,形成电子等离子体基本模型并对此现象进行了解释.同时,用显微镜对样品的损伤形貌进行了观测,对损伤的特点进行了表征.     

退火对ZrO2薄膜微结构及激光损伤阈值的影响

利用电子束蒸发方法在Yb∶YAG晶体和熔融石英衬底上沉积单层ZrO2薄膜，分别在673 K和1 073 K的温度下经过12 h退火以后，通过X射线衍射（XRD）分析了薄膜晶相，计算了薄膜的晶粒尺寸;利用表面热透镜技术获得了薄膜的吸收；测量了退火后薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明:两种衬底上的薄膜结构受到退火温度和衬底表面结构的影响，高温退火有利于单斜相的形成，含单斜相的ZrO2薄膜具有较高的激光损伤阈值，而由于衬底的吸收，Yb∶YAG晶体上薄膜的损伤阈值远小于石英衬底上薄膜的损伤阈值。     

Novel matching lens and spherical ionizer for a cesium sputter ion source

The beam optics of a multi-sample sputter ion source, based on the NEC MCSNICS, has been modified to accommodate cathode voltages higher than 5 kV and dispenses with the nominal extractor. The cathode voltage in Cs sputter sources plays the role of the classical extractor accomplishing the acceleration of beam particles from eV to keV energy, minimizing space charge effects and interactions between the beam and residual gas. The higher the cathode voltage, the smaller are these contributions to the emittance growth. The higher cathode voltage also raises the Child’s law limit on the Cs current resulting in substantially increased output. The incidental focusing role of the extractor is reallocated to a deceleration Einzel lens and the velocity change needed to match to the pre-acceleration tube goes to a new electrode at the tube entrance. All electrodes are large enough to ensure that the beam fills less than 30% of the aperture to minimize aberrations. The improvements are applicable to sputter sources generally.     

ToF-SIMS analysis of a fluorocarbon-grafted PET with a gold cluster ion source

Cluster ions have been recognized as a superb primary species in time of flight secondary ion mass spectroscopy (ToF-SIMS) compared with monatomic primary ions, as they significantly enhance the secondary ion yields from bulk samples. Self-assembled monolayers provide an important system for studying the fundamental mechanism involved in the yield enhancement.We used a gold cluster ion source to analyze a new type of self-assembled monolayer: a fluorocarbon-grafted polyethylene terephthalate. In addition to the structure details, which helped to understand the grafting mechanism, ToF-SIMS analysis revealed that fluorocarbon secondary ion yield enhancements by cluster ions were due to the enhanced sputter efficiency. A larger information depth may also be expected from the enhancement. Both mathematical definitions of damage cross-section and disappearance cross-section were revisited under a new context. Another cross-section parameter, sputter cross-section, was introduced to differentiate the beam induced sputter process from damage process.     

激光高反射膜的研究

研究混合膜（TiO2 Ta2O3;Ta2O5 ZrO2)的色散规律，用Ta2O5 ZrO2和SiO2成功地镀制出两个波段（632．8nm,1.06μm)的激光反射膜，使激光破坏阈值提高5％－15％（1．06μm)，膜层吸收小，机械强度增加。     

The effect of C60 cluster ion beam bombardment in sputter depth profiling of organic-inorganic hybrid multiple thin films

The effects of C₆₀ cluster ion beam bombardment in sputter depth profiling of inorganic-organic hybrid multiple nm thin films were studied. The dependence of SIMS depth profiles on sputter ion species such as 500 eV Cs⁺, 10 keV C₆₀⁺, 20 keV C₆₀²⁺ and 30 keV C₆₀³⁺ was investigated to study the effect of cluster ion bombardment on depth resolution, sputtering yield, damage accumulation, and sampling depth.