PECVD制备光学薄膜材料折射率控制技术

渐变折射率光学薄膜用途广泛,PECVD技术在制备渐变折射率光学薄膜方面具有独特的优点。通过控制不同反应气体配比变化,分析了反应气体配比变化与所制备的薄膜折射率、消光系数和沉积速率之间的关系,讨论了薄膜折射率、消光系数和沉积速率变化的原因,研制了折射率可控的氟氧化硅(SiOxFy)、氮氧化硅(SiOxNy)、氮化硅(SixNy)等薄膜材料,获取了折射率在1.33~2.06之间的光学薄膜材料。     

从薄膜波导传播衰减的角度研究光学薄膜的损耗:(Ⅰ)理论分析

本文从理论上分析了光学薄膜中的三种基本缺陷:折射率消光系数、表面粗糙度以及折射率不均匀性对薄膜内导波传播衰减的影响.基于这些缺陷对光学薄膜内不同导模传播衰减作用的不同,提出了一种区分薄膜中的吸收与散射损耗的方法.     

反应磁控溅射制备TiO2和Nb2O5混合光学薄膜

利用反应磁控溅射技术在BK-7基片上制备了二氧化钛和五氧化二铌均匀混合的光学薄膜.薄膜的内部微结构、表面形貌、化学成分比例以及光学性质等用X射线衍射、高分辨扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见近红外分光光度计进行研究;发现制备的薄膜为非晶结构,薄膜的表面平整、内部结构致密,不存在柱状结构或结晶颗粒的缺陷,TiO2与Nb2O5的成分比例大致是1∶1.54.从光学透射光谱计算的折射率和消光系数显示,在550 nm波长处的折射率为2.34,消光系数为2.0×10－4.结果表明制备的薄膜是TiO2和Nb2O5均匀混合的高质量光学薄膜.     

光学非线性薄膜线性参数的快速测量与分析

本文提出了-种光学非线性薄膜线性参数的方便有效的测量方法,测量了ZnSe非晶态光学薄膜的线性折射率和消光系数。在此方法中,实验数据的计算与处理由-套计算机软件来完成。最后,文章对测量精度进行了简单的讨论。     

在半导体-金属相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动

在可见光—近红外波段的不同波长下,测量了半导体-金属相变过程中氧化钒薄膜样品的反射率和透射率.在薄膜相变过程中,不同波段的反射率曲线和透射率曲线表现出不同的变化趋势.利用非相干光在薄膜中的多级反射-透射模型,计算了相变过程中不同波长下氧化钒薄膜的折射率n和消光系数k随温度的变化.结果表明,在相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动,其原因既有薄膜的折射率和消光系数随波长的变化趋势不同,也有在吸收性薄膜中存在探测光多次反射和透射的累加效应.     

衬底温度对电子束沉积ZnSe薄膜性能影响研究

为了研究衬底温度对硒化锌薄膜微观结构和光学特性的影响,采用电子束蒸发技术在K9玻璃基底上制备了单层的硒化锌薄膜。通过研究薄膜的X射线衍射谱、透射光谱特性、表面形貌及粗糙度,分析了不同衬底温度下薄膜微观晶体结构和光学特性的变化规律。实验结果表明:在20～200℃的衬底温度范围内制备的ZnSe薄膜均为具有(111)晶面择优取向的纳米晶薄膜,随着衬底温度升高,基片上原子获得的动能增加,导致薄膜的晶粒尺寸变大、内应力和位错密度降低;同样在不同衬底温度下,薄膜的光学特性也不尽相同,随着衬底温度的升高,折射率和消光系数减小、光学带隙增加、薄膜的表面粗糙度降低。分析表明折射率下降是薄膜中空隙部分所占比例增加所致,而消光系数的下降是薄膜结晶度提高,内部缺陷减少造成的。     

氟化铒薄膜晶体结构与红外光学性能的关系

使用热蒸发技术在锗(111)衬底上制备了氟化铒(ErF₃)薄膜. XRD衍射结果表明，随着衬底温度的增加，氟化铒薄膜发生了从非晶状态到结晶状态的转变，薄膜的表面形貌和红外光学性能也发生了显著的变化，部分结晶的氟化铒薄膜的远红外透射谱和完全非晶的薄膜基本一致，但是与结晶薄膜则没有相似之处. 晶格常数计算表明薄膜中存在压应力. 使用洛伦兹谐振子模型对薄膜的透射率曲线进行拟合计算，得到ErF₃薄膜的折射率和消光系数. 在10μm处非晶薄膜的折射率和消光系数最小值分别为1.38和0.01，结晶薄膜的折射率和消光系数最小值分别为1.32和0.006. 关键词： 氟化铒 红外光学性质 光学常数 洛伦兹谐振子模型     

离子束反应溅射沉积SiO2薄膜的光学特性

 主要研究采用离子束反应溅射（RIBS）制备SiO2薄膜的折射率、消光系数、化学计量比与氧气在氩氧混合工作气体中含量及其沉积速率的关系。研究结果表明：RIBS制备的SiO2薄膜在0.63 μm处折射率n= 1.48,消光系数小于10-5;随着沉积速率的增加,薄膜的折射率和消光系数随之变大,当沉积速率超过0.3 nm/s,即使是在纯氧环境溅射,折射率值也不低于1.5;通过对红外透射光谱的主吸收峰位置研究得到沉积的SiO2薄膜为缺氧型,化学计量比不超过1.8,且红外吸收峰位置和SiO2折射率存在对应关系,因此在不加热衬底情况下使用RIBS制备SiO2薄膜时,会限制沉积速率的提高。     

基底温度对电子束蒸发制备氧化铝薄膜的影响

为了考察基底温度对氧化铝薄膜折射率以及沉积厚度的影响情况,在不同基底温度环境下,通过离子辅助电子束蒸发方式,在玻璃基底上制备了同一Tooling因子条件下所监测到相同厚度的Al2O3薄膜,利用分光光度计测量光谱透过率,依据光学薄膜相关理论,计算了基底温度在25℃～300℃范围内获得的膜层实际物理厚度为275.611 nm～348.447 nm,以及膜层折射率的变化。通过对实验结果的数值计算和曲线模拟,给出了基底温度对于薄膜的折射率和实际厚度的影响情况。     

分析光学薄膜的椭偏方程的计算方法

叙述了用测量到的椭偏角ψ及Δ来确定光学薄膜的折射率、厚度和消光系数的方法.该方法收敛较快并节省时间.     

基片温度对PLD制备ZnO薄膜光学常数的影响

光谱椭偏仪被用来研究用脉冲激光沉积方法在Si(100)基片上,温度分别为400,500,600,700 ℃制备的ZnO薄膜的特性。利用三层Cauchy散射模型拟合椭偏参数,计算了每个温度下制备的ZnO薄膜在400~800 nm波长范围内的折射率(n)和消光系数(k)。发现基片温度对光学常数有很大的影响。通过分析XRD表征的晶体结构和 AFM表征的薄膜表面形貌,发现折射率的变化归因于薄膜堆积密度的变化。为了获得具有较好的光学和薄膜质量的ZnO薄膜,相比与其他沉积温度600 ℃或许是最佳的沉积温度。     

过滤电弧沉积非晶金刚石薄膜的光谱椭偏研究

为了深入理解过滤阴极电弧沉积非晶金刚石薄膜的光学性质,利用光谱椭偏仪研究了薄膜光学常数随测试偏振光波长变化的谱学关系,进而分析了薄膜折射率、消光系数和光学带隙与沉积能量之间的变化规律。实验表明,非晶金刚石薄膜的折射率高于金刚石晶体的折射率,薄膜的吸收光谱在高吸收区可以用抛物线型函数描述,并由此计算Tauc带隙。随着波长向红外延伸,非晶金刚石薄膜的消光系数渐次降低并趋近于零,光学常数因沉积能量变化而实现的调整幅度也逐渐缩小。随着衬底偏压的增加,折射率和光学带隙都是先升高后减小,并在负偏压为80 V时有最大值;而消光系数却是先减小再升高,在负偏压为80 V时有最小值。     

沉积工艺条件对金刚石薄膜红外椭偏光学性质的影响

采用红外椭圆偏振光谱仪对不同工艺条件下制备的CVD金刚石薄膜在红外波长范围内的光学参量进行了测量，分析了工艺条件对金刚石薄膜红外光学性质的影响.获得了最佳的沉积工艺参数，优化了薄膜的制备工艺.结果表明薄膜的折射率和消光系数与薄膜质量密切相关，当温度为750℃，碳源浓度为0.9%和压强为4.0 kPa时，金刚石薄膜的红外椭偏光学性质最佳，折射率平均值为2.385，消光系数在10^-4范围内，在红外波段具有良好的透过性. 关键词： 薄膜光学 红外光学性质 工艺条件 金刚石薄膜     

从吸收比计算光学薄膜的消光系数

对于弱吸收薄腹,当薄膜和基底的折射率在一定数值范围内时,含有吸收比的公式可以用来计算薄膜的消光系数.该式不能用来计算已经没有干涉效应的厚的强吸收膜的消光系数.     

紫外Sc_2O_3薄膜的光学和结构性能表征及其激光作用下的损伤机理

利用电子束蒸发方法,在不同沉积温度(50~350℃)下制备了Sc2O3薄膜。分别用分光光度计,小角掠入射X射线衍射仪和轮廓仪测试了薄膜样品的光谱、微结构和表面粗糙度信息,并用薄膜分析软件Essential Macleod计算了Sc2O3薄膜的折射率和消光系数。结果表明:随着沉积温度升高,Sc2O3薄膜结晶程度增强,晶粒尺寸增大,且较高的沉积温度有利于获得较高的折射率。最后用355 nm,8 ns的三倍频Nd:YAG激光器测试了其激光损伤阈值(LIDT),最大值为2.6 J/cm2,且阈值与薄膜的消光系数、表面粗糙度、光学损耗均呈现相反的变化趋势。用光学显微镜和扫描电子显微镜表征了该薄膜的破坏形貌,详细分析了薄膜在不同激光能量作用下破坏的发展过程,以及Sc2O3薄膜在355 nm紫外激光作用下LIDT与制备工艺的关系,重点分析了355 nm激光作用下薄膜的破坏机理。     

测量介质膜折射率的实验方法

本文介绍利用布儒斯特定律测膜层折射率,其实验原理简单,仪器是教学实验室中常用的仪器,测量方法比干涉法简便,且测量精确度也可以满足研究光学薄膜的要求.本实验对提高学生分析问题和解决问题的能力有一定的帮助.一、原理薄膜的折射率和膜层的厚度(或薄膜引起的光程)的测量是光学薄膜研究的重要内     

纳米TiOx光学薄膜的制备及性能分析

报道用常压化学汽相沉积（APCVD）工艺制备TiOx纳米光学薄膜的研究结果,分析衬底温度对薄膜结构及折射率的影响,讨论在抛光硅片及绒面硅片上制备的TiOx薄膜光学减反射特性,并优化了工艺条件。     

纤锌矿GaN薄膜光学性质的研究

在测试大量纤锌矿GaN外延薄膜透射光谱基础上,通过对有代表性的四个样品的透射光谱进行拟合,获取了GaN外延薄膜的光学常量并计算了薄膜厚度.结果表明:GaN外延薄膜的折射率差异较小,但在370～800 nm波长范围内消光系数差异很大,GaN薄膜的消光系数差异在一定程度上可用以评价外延薄膜的质量.     

比较2种溅射方法镀制的氧化硅薄膜

比较了磁控反应溅射(RMS)法与离子束反应溅射(RIBS)法沉积得到的氧化硅薄膜的光学特性,并确定了其对折射率n、消光系数k、沉积速率和混合工作气体Ar/O2中氧含量的依赖性关系。工作气体中O2含量大于15%时通过RMS法沉积的氧化硅薄膜在0.63μm波长折射率约为1.52~1.55,消光系数低于10-5。当O2含量在80%以上时RIBS方法沉积氧化硅薄膜的折射率n=1.52~1.6,消光系数低于10-5。用RMS沉积SiO2薄膜,当氧气量超过15%时发生反应模式,此时沉积速率下降近5倍。而用RIBS时,沉积速率并不依赖氧气在混合工作气体中的含量。     

光电极值法结合外差干涉法监控膜厚的研究

光电极值法是光学薄膜厚度监测的常用方法,该方法在镀膜前引用块状材料的折射率设计膜系。而在实际镀制过程中,用于镀制光学薄膜的材料折射率会发生改变,从而给膜厚的监控带来误差。为了避免折射率变化的影响,采用外差干涉法测量折射率,将实际测得的薄膜折射率应用光电极值法监控薄膜的设计,从而减少了因材料折射率的变化引起的误差。以750nm截止滤光片的镀制为被测对象进行了实验,对制备的滤光片透射率光谱曲线进行了比较。结果表明,实际的透射率曲线与设计的透射率曲线吻合较好,两次实验曲线平均吻合度均在98%以上,系统稳定性很好,从而说明结合外差干涉法的光电极值监控法可以很好地克服折射率变化引起的误差。