用极值法控制非λ/4膜系的模拟计算

<正> 如何在镀膜过程中实行非λ/4膜系的厚度控制,目前已经成为大家所关心的问题。以往在镀制λ/4膜系时,用极值法控制膜层厚度比较普遍。这种方法操作简单,也具有一定的精度。沿用这种膜厚控制方式,来镀制非λ/4膜系,是有可能的。用极值法控制非λ/4膜系所要解决的问题,就是要对每层膜选择一个适当的控制波长,使得膜层逐渐沉积在控制基片上时,对这个波长的光的反射率正好在设计厚度上达到极值。我们编制了一个程序,用来寻找所要求的合适波长,并在各相应波长下,模拟了每层膜的镀膜过程(参见程序框图。由于反射率的计算已为大家所熟知,本程序中只将它作为一个过程,在框图中没有给出)。     

石榴石外延膜色散关系的确定和膜厚的测量

本文提出了确定石榴石外延膜的色散关系和测量膜厚的一种方法。充分利用分光光度计获得的透射光谱,在波长大于2μm,因而膜和衬底的吸收及色散近于可忽略时,由透过率的极值计算得到相应波长下膜的折射率。按干涉条件计算并推定出所有干涉极值的干涉级数,进而算出各干涉极值波长下膜的折射率。最后用最小二乘法求得科希色散公式的系数,从而得到该膜的色散关系。利用此色散关系就可计算膜厚。 关键词：     

光学薄膜膜厚自动控制系统的研究

介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明：利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.     

膜系自动设计中的隧行方法

针法膜系自动设计可以从单层膜开始优化设计得到一个多层膜,但多层膜还必须克服局部极值得到最佳膜系设计。为此我们讨论了三种可以摆脱局部极值影响的隧行方法。     

基于量子遗传算法的宽带离散化极紫外多层膜的研制

提出了一种基于量子遗传算法的宽带极紫外多层膜的离散化设计方法,解决了在膜系设计中普遍采用的遗传算法存在求解精度低的问题.同时在基于量子遗传算法的膜系设计方法中对膜系进行了离散化设计,解决了在仅由时间控制膜厚且沉积速率较大的镀膜系统中的膜厚高精度控制的问题.依据量子遗传算法的膜系设计结果采用磁控溅射镀膜系统镀制宽带极紫外多层膜.测试结果表明,宽角度极紫外多层膜的入射角为0°~15°,反射率达45%以上;宽光谱极紫外多层膜的入射波长为13~15nm,反射率达20%以上.相关研究工作为宽带极紫外多层膜的研发提供了另一种可供选择的且较优的搜索优化算法,同时该算法结合实验,实现膜厚的离散化设计,使镀制出的多层膜具有较好的光谱性能.     

用光学极值法监控非四分之一波长薄膜的厚度

本文介绍了一种在生产非四分之一波长多层膜时监控膜厚的方法。除了监控信号的波长在每一层膜改变之外,这种方法类似于传统的极值法,并且不需要变更常用的仪器。文中用一个例子说明这种方法使用的效果。     

一种监控膜厚的新算法

光学薄膜的光学特性与其每一膜层的厚度密切相关,为了制备出符合要求的光学薄膜产品,在制备过程中必须监控膜厚。光学薄膜实时监控精度决定了所镀制的光学薄膜的厚度精度。针对光电极值法极值点附近监控精度低、无法精确监控非规整膜系的缺陷,提出了新的光学薄膜膜厚监控算法。该算法通过数学运算,使得光学薄膜的光学厚度与透射率呈线性关系,并且有效地消除光源波动、传输噪声等共模干扰的影响,算法精度可控制在2%以内。     

亚微米i线光刻物镜的光学薄膜技术

ｉ线光刻物镜是对准光和光刻光的共孔径系统，要求对３６５．８ｎｍ和６３２．８ｎｍ双波长实现减反射。由于材料的限制，采用规则的１４膜堆的３层膜系很难保证３６５．８ｎｍ和６３２．８ｎｍ双波长的高效减反射特性，因此，只能采用非规则膜系结构。而对非规则膜系的镀制，一般可以采用石英晶振监控的方法。理论上，采用石英晶振监控可以得到很高的膜厚控制精度，但我们通过实验发现，结果并非如此。究其原因，我们认为这是由于石英晶振实际监测的是膜层的质量而并非膜层厚度，而在膜层质量相同时，膜层的厚度随蒸发速度，轰烤等工艺因素的不同而不同，这些工艺因素影响了石英晶振的实际控制精度。因此我们决定采用石英晶振结合光学极值监控的方法进行膜厚监控。在膜系设计中，采用两层非规则膜层加上一层规则的１４膜层的膜系结构。前面两层，采用石英晶振控制以充分利用石英晶振控制非规则膜厚精度较高的特点，而最后一层采用光学极值法，监控３６５．８ｎｍ处的反射信号，使其达到极小。在膜系的设计时，我们的设计使当３６５．８ｎｍ反射极小时，６３２．８ｎｍ处反射也位于极小值。为了增加膜层的牢固性以及抵抗环境变化的能力，膜层在镀制过程中要加热烘烤。我们用实验方法寻求到最佳的烘烤温?     

薄膜折射率色散对波长调制法及双色法膜厚控制的影响

<正> 一、引言基于波长调制法膜厚控制系统的原理,对于所监控的膜层,当其光学厚度为监控波长的四分之一,或其整数倍时,控制仪表的指示应为零值。此时极值法仪表的指示应为极值。     

针法与初始膜系设计

讨论了膜系自动设计中的初始膜系设计,特别是针法自动设计中的初始膜设计,提出了一种改进针法自动设计的方法,即任意膜系的针法自动设计,都从同一膜厚的单层膜开始,用控制价函数值自动修改初始膜厚度的方法求膜系最佳设计。     

基于监控片更换策略的光学监控沉积仿真研究

在极值法光学膜厚监控中,使用多少监控片且何时更换(即监控片更换策略)在一定程度上是该膜系镀制成功与否的一个关键因素。分析了在反射式极值法光学监控中监控片更换策略的数值模型。根据大量的实验得到的工艺参数,在不同过正控制量下首次进行了监控片更换策略优化的沉积仿真模拟。结果表明:在多腔结构膜系的沉积过程中存在着"假性"极值,容易导致某些膜层厚度的严重误差。不同的过正控制量对光学监控效果会产生明显地影响;所给定的过正控制量存在着最佳的监控片更换策略;合适的变过正控制量可进一步改善薄膜的光学性能。     

薄膜非均匀性及其对增透膜性能的影响

基于非均匀膜理论提出的折射率分层模型,将非均匀膜层分为N个均匀子层,应用光学薄膜特征矩阵对其进行理论分析。应用膜系设计软件模拟ZrO2和CeO2的负非均匀性对增透膜光谱特性的影响。研究结果表明:负非均匀性使多层增透膜的反射率增大,在参考波长处的光谱特性变差,使整个反射光谱曲线朝长波方向漂移,从而导致整个膜系的光谱特性偏离理想情形。     

NA1.35投影光刻光学系统偏振像差的优化

为了实现NA1.35投影光刻光学系统高质量成像，在设计过程中除了控制波像差，还需进一步优化光学系统的偏振像差。利用Jones光瞳和物理光瞳表达了NA1.35投影光刻光学系统的偏振像差，并用二向衰减量与延迟量分析了光学系统偏振像差的大小；根据光线入射到不同光学面上最大入射角度的不同，为每个光学面设计相应的膜系以优化光学系统的偏振像差。相比于采用常规膜系，膜系优化后NA1.35投影光刻光学系统的二向衰减量和延迟量分别减小到了0.021 8、0.057 2 rad，即减小了光学系统的偏振像差。利用Prolith光刻仿真软件，分别对采用常规膜系和优化膜系的NA1.35投影光刻光学系统进行曝光性能仿真，结果显示:膜系优化后光学系统的成像对比度提高了4.4%，证明了NA1.35投影光刻光学系统偏振像差优化方法的有效性。     

双波段激光防护多层反射膜的设计

利用TFCalc膜系设计软件,从理论上对激光防护多层反射膜的光学性能进行了分析。计算了各个膜系的理论投射率曲线。分析了各个因素(如膜系结构、膜层奇偶性、起膜材料)对膜层光学性质的影响。并设计了以ZrO2和SiO2为膜层材料,聚碳酸酯(PC)为基体材料,可以同时防护532nm和1064nm波长激光的1∶2型多层反射薄膜。在532nm和1064nm处的理论透过率都达到了0.01%(光学密度D=4)。并在PC镜片表面镀上23层1∶5型激光反射膜,对理论设计进行验证。对其在400nm~1200nm波长范围内的光学性能进行了测试,测试结果与理论计算值基本吻合。     

双啁啾介质镜的设计与分析

从双啁啾膜系原理出发，经过自行编制的软件优化计算，得到了由54层介质膜组成的具有色散补偿功能的宽带高反镜，高反射率（大于99.9%）带宽宽达120nm，群延迟色散量为－50fs^2。对基于耦合模理论和传输线理论的双啁啾镜的原理和设计思路进行了分析，并通过计算机模拟验证了设计结果，分析了膜系各参量的改变对膜系的反射率和时延特性的影响。另外，在优化计算过程中发现了一些值得注意的有用的规律。     

Thin film design for advanced thermochromic smart radiator devices

This paper describes the research on the materials and design methods for advanced smart radiator devices (SRDs) on large-area flexible substrates utilized on spacecraft. The functional material is thermochromic vanadium dioxide. The coating design of SRD is similar to the design of broadband filter coatings in a mid-infrared region. The multilayer coatings have complex structures. Coating materials must be highly transparent in a required spectrum region and also mechanically robust enough to endure the influence from the rigorous environments of outer space. The number of layers must be very small, suitable for the deposition on large-area flexible substrates. All the coatings are designed initially based on optical calculation and practical experience, and then optimized by the TFCALC software. Several designs are described and compared with each other. The results show that the emittance variability of the designed SRDs is great than 400\%, more advanced than the reported ones.     

Overcoat dependence of laser-induced damage threshold of 355 nm HR coatings

A series of HR coatings, with and without overcoat, were prepared by electron beam evaporation using the same deposition process. The laser-induced damage threshold (LIDT) was measured by a 355 nm Nd:YAG laser with a pulse width of 8 ns. Damage morphologies of samples were observed by Leica-DMRXE Microscope. The stress was measured by viewing the substrate deformation before and after coatings deposition using an optical interferometer. Reflectance of the samples was measured by Lambda 900 Spectrometer. The theoretical results of electric field distributions of the samples were calculate by thin film design software (TFCalc). It was found that SiO₂ overcoat had improved the LIDT greatly, while MgF₂ overcoat had little effect on the LIDT because of its high stress in the HR coatings. The damage morphologies were different among HR coatings with and without overcoats.     

19.5nm极紫外反射镜的研制

介绍了一种用于太阳观测19.5nm极紫外多层膜的研究工作。利用软件对规整的Mo/Si膜系结构进行了优化,拓宽了反射带宽,提高了积分反射率。采用双离子束溅射技术,时间控厚,成功制备了该反射镜。通过同步辐射反射率计测试表明,峰值反射率27.5%,均匀性在1%以内,已初步达到预设要求。     

D2钢系列涂层磨损性能的数值模拟

采用真空离子镀的方式在AISI D2钢基体上制备渗N,TiN及复合涂层,并采用模拟和实验的方法研究涂层的磨损性能.将Archard经典粘着磨损模型离散化后用Fortran子程序的形式嵌入到商业化的有限元软件中,以求解接触摩擦过程中接触区每个节点或单元的磨损深度,定量分析了基体及三种涂层的磨损深度.研究结果表明,复合涂层具有最优耐磨性能.实验结果与模拟结果相符合. 关键词： 磨损 数值模拟 渗N TiN