氧化物激光薄膜的离子束溅射制备技术

 研究了由Ta₂O₅和SiO₂组成的多层氧化物激光薄膜的双离子束溅射制备工艺。简要介绍了离子束溅射技术的基本工作原理和应用，着重分析了薄膜厚度均匀性的调控方法。先后得到了Ta₂O₅和SiO₂单层薄膜厚度均匀性调控结果以及不同波长处薄膜折射率，并定性地分析比较了离子束溅射和电子束蒸发制备的薄膜结构；制备并测试了633nm,1 315nm反射薄膜以及增透膜。结果表明：采用离子束溅射技术能够制备出优良的、满足需要的激光高反射薄膜元件。     

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.     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95％时,计算得到薄膜的最大半径超过40 mm.     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95%时,计算得到薄膜的最大半径超过40mm.     

双离子束溅射中红外SiO2薄膜热稳定性研究

通过双离子束溅射方法在蓝宝石、硅衬底上制备了单层SiO2薄膜,分析了SiO2薄膜残余应力、表面形貌、微观结构以及光学性能(可见-近红外0.4~1.2 μm和中红外3~5 μm波段)在400 ℃~1 000 ℃温度范围内的演化规律.研究结果表明:在400 ℃附近,SiO2薄膜残余应力存在局部极小值;SiO2薄膜光学性能的演化与膜层表面质量、内部残余应力及微观结构变化密切相关;经1 000 ℃高温处理后,蓝宝石窗口表面SiO2薄膜红外透射性能仍能保持很好的稳定性,且膜层表面没有出现显著的气泡、开裂等损伤形貌.该研究结果可为恶劣环境下光学窗口头罩表面薄膜系统的设计提供指导.     

离子束溅射沉积Ir膜真空紫外反射特性研究

根据吸收材料基底上单层金属膜数学计算模型,对不同基片上各种厚度的Ir膜真空紫外反射率进行了优化计算.采用离子束溅射沉积技术,在石英、K9玻璃和Si基片上沉积了不同厚度的Ir膜,研究了基片、表面厚度、离子束能量及镀后热处理对Ir膜反射率的影响,在波长120 nm处获得了近30％正入射反射率.     

离子束溅射沉积Ti-Ni薄膜及其电化学性能的研究

利用离子束溅射沉积的方法在不同基片温度条件下制备了不同成分的Ti-Ni贮氢薄膜，研究了其电化学贮氢性能。结果表明：用离子束溅射沉积制备的Ti-Ni薄膜的结构为非晶状，薄膜对基片的附着力较强，在冲放电循环50次后仍为非晶态；在基片温度为350℃时制备的薄膜的结构为晶态，在多次放电循环后呈现非晶化趋势；Ti-Ni薄膜具有较高的电化学活性，晶化薄膜比晶态薄膜的最大放电容量高，但晶化薄膜的循环稳定性差。     

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

 为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO₂和SiO₂作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°~30°入射角度下,600~1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。     

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO2和SiO2作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°~30°入射角度下,600~1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。     

离子束溅射制备GdF_3光学薄膜沉积速率分布特性

本文采用离子束溅射方法制备GdF_3薄膜,并研究其沉积速率分布特征。首先,采用膜厚仪测量得出GdF_3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图,通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次,分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后,以二维沉积速率分布公式为基础,通过计算机编程设计均匀性挡板,并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明,沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布,在竖直方向上满足标准Gauss分布,拟合公式残差为2.05×10~(-6)。改变离子源的束流和束压,沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大,Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大,峰值位置x_c逐渐增大,在θ=292°时,GdF_3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验,可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为97.9%。     

离子束刻蚀技术研究

本文介绍了离子束刻蚀技术的原理,讨论了刻蚀速率与离子束流密度、离子能量和离子束入射角度的关系。实验结果与理论分析有较好的一致性。     

离子束溅射法薄膜生长中结瘤微缺陷的生长机理

用离子束溅射法制备了锆单层薄膜.用设计新型夹具和预置种子方法，对薄膜中结瘤微缺陷的生长过程进行了研究.在高分辨率光学显微镜和扫描电子显微镜下观察发现，结瘤在其生长初期呈现出分形的特征.用分子动力学和薄膜生长的扩散限制聚集模型，薄膜中结瘤微缺陷成核时的分形现象得到了很好的解释. 关键词： 结瘤微缺陷 锆薄膜 扩散限制聚集模型     

离子束溅射制备低应力深紫外光学薄膜

采用离子束溅射制备了Al F3、Gd F3单层膜及193 nm减反和高反膜系,分别使用分光光度计、原子力显微镜和应力仪研究了薄膜的光学特性、微观结构以及残余应力。在优选的沉积参数下制备出消光系数分别为1.1×10~(-4)和3.0×10~(-4)的低损耗AlF_3和GdF_3薄膜,对应的折射率分别为1.43和1.67,193 nm减反膜系的透过率为99.6%,剩余反射几乎为零,而高反膜系的反射率为99.2%,透过率为0.1%。应力测量结果表明,AlF_3薄膜表现为张应力而GdF_3薄膜具有压应力,与沉积条件相关的低生长应力是AlF_3和GdF_3薄膜残余应力较小的主要原因,采用这两种材料制备的减反及高反膜系应力均低于50 MPa。针对平面和曲率半径为240 mm的凸面元件,通过设计修正挡板,250 mm口径膜厚均匀性均优于97%。为亚纳米精度的平面元件镀制193 nm减反膜系,镀膜后RMS由0.177 nm变为0.219 nm。     

Neutral beam sputtering of positive ion clusters from alkali halides

Neutral argon atom beams of 15 keV energy have been used to sputter alkali halides and the ejected positive ions have been analysed in energy, mass and angular distribution.

The use of a neutral beam, rather than an ion beam, minimizes surface charge and the deflection of ejected ions by electrostatic interaction with a charged incident beam.

A cluster component of the form K₂Cl⁺, K₃Cl⁺ ₂ and higher members of the series is found for all alkali halides studied.     

Molecular dynamics and experimental studies on deposition mechanisms of ion beam sputtering

Molecular dynamics (MD) simulation and experimental methods are used to study the deposition mechanism of ionic beam sputtering (IBS), including the effects of incident energy, incident angle and deposition temperature on the growth process of nickel nanofilms. According to the simulation, the results showed that increasing the temperature of substrate decreases the surface roughness, average grain size and density. Increasing the incident angle increases the surface roughness and the average grain size of thin film, while decreasing its density. In addition, increasing the incident energy decreases the surface roughness and the average grain size of thin film, while increasing its density. For the cases of simulation, with the substrate temperature of 500 K, normal incident angle and 14.6 × 10⁻¹⁷ J are appropriate, in order to obtain a smoother surface, a small grain size and a higher density of thin film. From the experimental results, the surface roughness of thin film deposited on the substrates of Si(1 0 0) and indium tin oxide (ITO) decreases with the increasing sputtering power, while the thickness of thin film shows an approximately linear increase with the increase of sputtering power.     

Nitrogen-doped ZnO prepared by capillaritron reactive ion beam sputtering deposition

Nitrogen-doped ZnO thin films have been prepared by reactive ion beam sputtering deposition utilizing a capillaritron ion source. X-ray diffraction (XRD) analysis of the as-deposited film exhibits a single strong ZnO (002) diffraction peak centred at 34.40°. Post-growth annealing causes increase of grain size and decrease of c-axis lattice constant. Micro-Raman spectroscopy analysis of the as-deposited film shows strong nitrogen-related local vibration mode at 275, 582, 640 and 720 cm⁻¹, whereas the E₂ mode of ZnO at 436 cm⁻¹ can barely be identified. Annealing at 500-800 °C causes decrease of 275, 582, 640 and 720 cm⁻¹ and increase of 436 cm⁻¹ intensity, indicating out-diffusion of nitrogen and improvement of ZnO crystalline quality. Unlike un-doped ZnO, the surface roughness of nitrogen-doped ZnO deteriorates after annealing, which is also attributed to the out-diffusion of nitrogen. A nitrogen concentration of ∼10²¹/cm³ was observed while type conversion from n-type to p-type was not achieved, which is likely due to the formation of Zn_I-N_O or (N₂)_O that act as donor/double donors.