电子束热蒸发非晶硅薄膜红外光学特性

采用Ar+离子束辅助电子束热蒸发技术制备非晶硅(a-Si)薄膜,利用正交实验研究了薄膜红外光学常数与工艺参数之间的关系.采用椭偏仪和分光光度计分析了薄膜沉积速率、基底温度和工作真空度对非晶硅薄膜的折射率和消光系数的影响.实验结果表明:影响a-Si薄膜光学特性的主要因素是沉积速率和基底温度,工作真空度的影响最小.随着沉积...     

抛光工艺对硅基Pb_(1-x)Ge_xTe薄膜性能的影响

研究了不同的抛光方法(机械抛光、化学腐蚀及化学机械抛光)对硅基板上沉积的Pb_(1-x)Ge_xTe薄膜性能的影响.研究表明,经化学机械抛光(SiO_2胶体或Cr~+)的硅基板上所沉积的Pb_(1-x)Ge_xTe薄膜具有致密的结构及平直的界面,其沉积速率也比在化学腐蚀抛光表面的沉积速率大7%或18%(分别对应<111>和<100>晶向);薄膜具有明显高于化学腐蚀抛光基板沉积薄膜的折射率,且折射率随温度的降低而增加,而低温下折射率随波长的增加而增加;化学腐蚀抛光基板沉积薄膜的折射率的增加量明显大于化学机械抛光基板沉积薄膜的增加量;薄膜层经机械抛光后,其膜层结构、组分及其深度分布均未改变,但透射率增加,消光系数有所改善,折射率有所降低.     

磁控溅射功率对光学氧化钒薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射法制备氧化钒(VOx)薄膜,研究溅射功率对氧化钒薄膜结构、光学及力学性能的影响。利用表面轮廓仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、分光光度计、椭偏仪及纳米压痕仪分析在不同溅射功率下制备的氧化钒薄膜的沉积速率、物相结构、表面形貌、紫外-近红外光透射率、折射率、吸光度以及硬度和弹性模量。结果表明,各功率参数下沉积的氧化钒薄膜的光透射率基本都大于80%,属于弱吸收透明膜。随溅射功率的增大,薄膜的沉积速率、硬度和可见光范围内的折射率都单调增大,而表面粗糙度则出现先增大后减小的变化。溅射功率对薄膜的晶体结构也有一定的影响。     

氧分压对溅射氧化钒薄膜结构和透光性能的影响

采用射频磁控溅射法,在K9抛光玻璃基底上沉积氧化钒(VOx)薄膜,研究在其他参数保持不变时氧分压参量对薄膜的结构、表面质量及透光性能的影响。利用表面轮廓仪、X射线衍射仪、原子力显微镜及分光光度计分别对样品的沉积速率、物相结构、表面形貌和紫外-近红外光透射率进行分析。结果表明,制备的VOx薄膜的晶相随氧分压不同发生改变,调整氧分压在可见-近红外光区域可获得弱吸收的光学膜,但氧分压过高只能获得低的薄膜沉积速率,氧分压对薄膜表面粗糙度及晶体生长模式也有不同程度的影响。本文对实验结果进行了分析和讨论。     

大陡度透镜表面膜层折射率均匀性分析

集成电路与光刻机系统中通常会设计并使用很多小曲率半径的大陡度透镜,以实现大数值孔径,这对镀制于其表面的紫外薄膜的性能提出了很高的要求。本文分析了行星夹具转动过程中大陡度凸透镜从中心到边缘位置的薄膜沉积角度的变化规律,研究了MgF_2膜层的折射率随沉积角度的变化规律,明确了大陡度凸透镜从中心到边缘位置的膜层折射率不均匀性对深紫外增透膜的影响。针对小曲率半径大陡度凸透镜表面的膜层沉积特性,通过升高基底温度提高了折射率分布的均匀性,为大陡度透镜膜层折射率不均匀性修正提供了理论和实验依据。     

热蒸发紫外LaF3薄膜光学性能和结构表征

在不同的沉积温度下,用热蒸发方法在熔融石英(JGS1)上制备了LaF3单层薄膜。分别采用分光光度计测量了薄膜样品的透射率和反射率光谱,反演得出薄膜的折射率和消光系数;采用原子力显微镜(AFM)观察了样品的表面形貌,并通过表面粗糙度计算得出总积分散射损耗;采用X射线衍射仪(XRD)测试了薄膜的晶体结构,由衍射谱图拟合得到衍射峰的半峰全宽,进而计算出薄膜晶粒的平均尺寸。实验结果表明,随着沉积温度的升高,LaF3薄膜的结晶状况明显变好,晶粒尺寸逐渐变大,膜层变得更加致密,薄膜的光学常数和折射率不均匀性均呈线性变化。沉积温度的增加对薄膜表面粗糙度的影响不明显,散射损耗在光学损耗中所占比例较小,所以光学损耗的变化主要由吸收损耗引起。     

斜角入射沉积TiO_2薄膜的光学特性和表面粗糙度

采用电子束热蒸发技术在K9玻璃基底上以不同的沉积入射角沉积了单层TiO2薄膜,研究了不同入射沉积角沉积的TiO2薄膜的光学特性、填充密度和表面粗糙度,并比较了不同膜层厚度下薄膜表面粗糙度与入射沉积角之间的关系。研究结果表明,随着入射沉积角的增加,TiO2薄膜的透射率增加,透射峰值向短波移动,薄膜的填充密度从入射沉积角0°时的0.801降低到入射沉积角为75°时的0.341;薄膜的表面粗糙度随着入射沉积角的增加而增加,当入射沉积角为75°时,薄膜的表面粗糙度略高于基底的表面粗糙度。在沉积入射角不变时,随着膜层厚度的增加,膜层的表面粗糙度降低。     

离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性

离子束溅射技术是制备Ta2O5薄膜的重要技术之一。采用正交试验设计方法,系统研究了Ta2O5薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数、沉积速率和应力与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。通过使用分光光度计和椭圆偏振仪测量Ta2O5薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,再利用全光谱反演计算的方法获得薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度。Ta2O5薄膜的应力通过测量基底镀膜前后的表面变形量计算得到。实验结果表明:基板温度是影响Ta2O5薄膜特性的共性关键要素,其他工艺参数的选择与需求的薄膜特性相关。研究结果对于制备不同应用的Ta2O5薄膜制备工艺参数选择具有指导意义。     

Pb1—xGexTe薄膜的光学性质

对PVD沉积Pb1-xGexTe薄膜研究发现Pb1-xGexTe是一种高性能的红外材料,在3－25μm光谱范围具有较好的透光性能,室温下的折射率为4．8－5．6薄膜的光学性质,包括透射率、色散关系以及折射率的温度系数dn/dT,与材料中组分x、环境温度和薄膜的沉积工艺条件有密切关系,适当地改变组分和工艺条件,可以使薄膜的折射率温度系数dn/dT从负变到零并转为正,这对于制备高温度稳定性的红外光学薄膜器件具有重要的意义。     

Pb_(1 - x) Ge_x Te薄膜的光学性质

对 PVD沉积 Pb1 - x Gex Te薄膜研究发现 Pb1 - x Gex Te是一种高性能的红外材料 ,在 3～ 2 5μm光谱范围具有较好的透光性能 ,室温下的折射率为 4.8～ 5 .6 .薄膜的光学性质 ,包括透射率、色散关系以及折射率的温度系数dn/ d T,与材料中组分 x、环境温度和薄膜的沉积工艺条件有密切关系 .适当地改变组分和工艺条件 ,可以使薄膜的折射率温度系数 dn/ d T从负变到零并转为正 ,这对于制备高温度稳定性的红外光学薄膜器件具有重要的意义     

真空退火对低频PECVD氮化硅薄膜性能的影响

研究了真空退火温度对不同流量比工艺参数下PECVD氮化硅薄膜性能的影响,测试了退火后氮化硅薄膜厚度、折射率以及在氢氟酸中的腐蚀速率。结果表明,退火后氮化硅薄膜厚度及折射率变化与薄膜沉积工艺条件有关,而薄膜在氢氟酸中的腐蚀速率在退火后大大降低。结合退火前后氮化硅薄膜的红外透射谱对以上测试结果进行了讨论。     

非晶硅薄膜的LF-PECVD制备及椭偏表征

以SiH4为先驱气体,采用低频等离子体增强化学气相沉积（LF-PECVD）方法在Si衬底上制备了氢化非晶硅（a-Si∶H）薄膜。在薄膜沉积过程中,工艺参数将会影响非晶硅薄膜的沉积速率和光学性能。通过反射式椭圆偏振光谱仪（SE）研究了SiH4气体流量、工作压强和衬底温度等条件对氢化非晶硅沉积速率和光学性质的影响。实验结果表明,氢化非晶硅沉积速率随着SiH4流量、工作压强和衬底温度的改变而规律地变化。相比于SiH4流量和工作压强,衬底温度对折射率、吸收系数和折射率的影响更大。各工艺条件下所制备的非晶硅薄膜光学禁带宽度在1.61～1.77eV。     

PECVD法氮化硅薄膜生长工艺的研究

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),在单晶硅衬底(100)上成功制备了不同生长工艺条件下的氮化硅薄膜。分别采用XP-2台阶仪、椭圆偏振仪等手段测试了薄膜的厚度、折射率、生长速率等参数。并采用原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的表面形貌。结果表明,温度和射频功率是影响薄膜生长速率的主要因素,生长速率变化幅度可以达到230nm/min甚至更高。对于薄膜折射率和成分影响最大的是NH3流量,折射率变化范围可以达到2.7～1.86。分析得出受工艺参数调控的薄膜生长速率对薄膜的性质有重要影响。     

变温LPCVD沉积氮化硅薄膜的均匀性优化

以低压化学气相沉积(LPCVD)热壁立式炉为实验平台,由二氯硅烷和氨通过LPCVD工艺合成氮化硅薄膜,利用降温成膜提高氮化硅薄膜的膜厚均匀度。基于气体碰撞理论建立了氮化硅薄膜沉积速率与反应气体浓度的关系式。分析比较了LPCVD炉内不同升温速率沉积氮化硅薄膜的表面性能。发现在变温沉积阶段,选择合适的降温速率是实现薄膜沉积过程中预设温度变化的关键。在保证各温度区平均膜厚和晶圆片之间膜厚均匀度基本不变的前提下,通过实验找到沉积阶段的最佳变温速率,将晶圆片内(WIW)均匀度优化到1%以下,比恒温沉积薄膜的均匀度提高了约70%。这将有助于设备工艺能力的提升,更好地适应IC芯片工艺关键尺寸的缩小趋势。     

电子束蒸发非晶硅光学薄膜工艺研究

研究了沉积时真空室真空度、基片温度和沉积速率对常用电子束蒸发非晶硅(a-Si)光学薄膜的折射率和消光系数的影响。结果表明,在300~1100nm的波长范围内,真空室真空度、基片温度和沉积速率越高,则所得a-Si薄膜折射率越高,消光系数越大。并将实验结果用于半导体激光器腔面高反镜用a-Si膜镀制,发现在选择初始真空为1E-6×133Pa、基片温度为100℃和沉积速率为0.2nm/s时所得高反镜的光学特性比较好,在808nm处折射率和消光系数分别为3.1和1E-3。     

红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法

红外光学系统中靠近探测器的光学元件通常处于低温环境中,低温环境会使得光学元件表面薄膜的透射光谱发生漂移,进而严重影响红外光学系统的成像质量。研究发现光谱漂移是由于系统中红外光学薄膜的折射率发生了改变。论文针对红外光学薄膜材料折射率温度特性开展了研究,在光学薄膜理论基础上,通过分析几种波长色散模型的特点,提出了一种红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法。该方法基于不同温度测得的透射率光谱,通过光谱反演得到不同温度条件下光学薄膜材料的折射率,并在Cauchy色散模型的基础上,通过数据拟合分析,能够得到红外光学薄膜材料的折射率温度/波长色散公式。采用该方法对PbTe、Ge两种典型红外光学薄膜材料折射率温度特性进行了分析研究,验证了该方法的可行性。     

线性共蒸法制备渐变折射率薄膜的光学特性分析

利用德鲁德理论和洛伦兹一洛伦茨理论，从介电常数分析人手，探讨了混合介质膜的折射率表达式，给出利用双源共蒸法镀制的渐变折射率薄膜在混合介质膜的总沉积速率恒定、两种膜料的单分子大小近似相等和沉积速率均为线性变化时的折射率表达式；从正变和负变、单周期和多周期、不同的周期数和不同的单周期厚度几个方面对渐变折射率薄膜的光学特性进行了模拟分析和讨论；对渐变折射率薄膜的实现、应用以及实验制备中有待进一步解决和处理的问题进行了讨论。     

沉积速率对H4膜光学带隙及激光损伤特性的影响

采用电子束热蒸发技术在石英基底上制备了H4薄膜,并对其光学和激光损伤特性进行了研究。根据透射率谱计算出薄膜的光学带隙发现, 光学带隙随着沉积速率的降低而增大, 其值大小在4.66～4.73eV。椭偏测试结果表明,当沉积速率从0.92nm/s、0.17nm/s、0.08nm/s降低到0.03nm/s时,薄膜折射率从1.955、1.919、1.901降低到 1.895(1064nm)。所有 样品的消光系数量级均优于10－5,说明薄膜表现出极小的吸收。薄膜的激光损伤形 貌和激光损伤 阈值(LIDT)受沉积速率的影响不大,同一激光能量作用下 ,薄膜的损伤斑大小基本一致,但0.92nm/s 时制备的薄膜,其损伤区与未损伤区存在相互交错现象。当沉积速率从0.03nm/s变化到 0.92nm/s时,薄膜 激光损伤阈 值在16～17J/cm²(1064nm,10ns)之间。     

电子束蒸发沉积ZAO薄膜正交试验

采用电子束真空蒸发沉积薄膜的方法(EBED)制备了ZnO:Al(ZAO)透明导电薄膜.用正交试验法设计试验,并分析了制备ZAO薄膜的主要影响因素(沉积厚度、沉积速率、基片温度)对薄膜性能(透射率、电阻率)的作用.试验结果表明:采用EBED法沉积制备ZAO薄膜时,沉积速率控制为1nm/s、沉积厚度为800nm、基片温度为2 50℃,镀膜系统工作稳定,沉积薄膜的性能较好.     

YbF3和YF3薄膜在0.4~14 μm超宽光谱内光学常数反演

为了获得红外低折射率材料的光学常数,采用电子束热蒸发技术在多光谱硫化锌基底上以不同的基底温度分别制备了单层氟化钇(YF₃)和氟化镱(YbF₃)薄膜。通过分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪分别测试其在可见至远红外波段的透射率光谱曲线,使用包络法和色散模型拟合相结合的方法对其在可见至红外波段的光学常数进行了反演,得到了其在0.4~14 μm波段内的折射率与消光系数。采用椭偏测试结果验证了YF₃和YbF₃薄膜在0.4~1.6 μm波段内的光学常数正确性;将拟合得到的光学常数代入TFCalc 膜系设计软件,计算得到的单层薄膜的透射率光谱曲线与实测的光谱曲线吻合较好。实验结果表明,该方法获得的在超宽光谱0.4~14 μm范围内的光学常数准确、可靠。