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。     

YbF3和ZnS薄膜的折射率和厚度的分光光度法测定

本文给出了一种简单而准确地确定光学薄膜折射率和厚度的方法。利用分光光度计分别测量光学薄膜样品以及基底透射率曲线,采用柯西（Cauchy）色散模型以及非线性单纯形优化法对透射率测量曲线进行拟合,从而确定薄膜的光学常数和厚度。采用电子束热蒸发和电阻热蒸发方法,分别在CaF2基底上镀制ZnS薄膜和在Al2O3基底上镀制YbF3薄膜,通过测量其在400nm-2600nm波段内的透射率曲线,计算出ZnS和YbF3薄膜材料的折射率色散曲线以及膜层厚度。     

弱吸收薄膜的光学分析——对多晶硅薄膜的应用

本文阐述了一种测定弱吸收薄膜光学常数色散的新方法,弱吸收薄膜和无吸收薄膜镀在吸收基底上。利用无吸收膜层厚度变化,获得一系列的光谱反射率曲线,由此给出弱吸收薄膜的光学常数。对两层膜的多晶硅薄膜作了完全的光学分析。     

深紫外/紫外薄膜材料的光学常数研究

为了进一步明确氟化薄膜材料在深紫外-紫外波段(DUV-UV)的光学常数,研究了深紫外-紫外波段常用的6种大带隙的氟化物薄膜材料,分别在熔石英(JGS1)基底和氟化镁单晶基底上用热舟蒸发镀制了3种高折射率材料薄膜LaF3,NdF3,GdF3和3种低折射率材料薄膜MgF2,AlF3,Na3AlF6;用商用Lambda900光谱仪测量了它们在190～500 nm范围的透射率光谱曲线;用包络法和迭代算法相结合研究了它们的折射率和消光系数,由柯西色散公式和指数色散公式对得到的离散折射率和消光系数的值用最小二乘法进行曲线拟合,得到了6种薄膜材料在所测波段内的折射率和消光系数的色散公式和色散曲线.所得结果与文献报道的MgFz和LaF3的结果相一致,证明了结果的可靠性.     

倍频分离薄膜中的半波孔抑制研究

经典短波通膜堆(0.5LH0.5L)n会由于薄膜的折射率不均匀性而产生半波孔现象.在进行膜系结构设计时,通常将薄膜假定为均匀折射率材料,当薄膜的光学厚度为1/2中心波长时,薄膜可被视为虚设层.而在实际制备时,薄膜的折射率通常存在一定的不均匀性,薄膜的光学厚度与设计值不符,从而产生半波孔.对薄膜的基本周期结构进行了优化,优化后的膜系结构在半波处的光学导纳不再受折射率不均匀性的影响.在此基础上,设计并制备了倍频分离薄膜,有效消除了半波孔现象,理论和实验光谱曲线具有很好的一致性.     

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。     

沉积速率对热舟蒸发LaF3薄膜性能的影响

用热舟蒸发方法在不同的沉积速率下制备了LaF3单层膜,并对部分单层膜进行了真空退火.分别采用X射线衍射(XRD),Lambda 900光谱仪和355 nm Nd∶YAG脉冲激光测试了薄膜的晶体结构、透射光谱和激光损伤阈值(LIDT),并通过透射光谱计算得到样品的折射率和消光系数.实验结果表明,增大沉积速率有利于LaF3薄膜的结晶和择优生长,可以提高薄膜的致密性和折射率,但薄膜的抗激光损伤能力有所下降;沉积速率太大,又会恶化薄膜的结晶性能,同时薄膜中产生大量孔洞,薄膜的机械强度降低,导致薄膜的折射率减小和抗激光损伤能力降低.真空退火对薄膜的抗激光损伤能力有不同程度的提高.     

离子束溅射、热舟和电子束法制备深紫外LaF3薄膜

为了满足深紫外光刻物镜对薄膜的要求,得到低损耗、高稳定性、长寿命的深紫外薄膜,需要选用适当的镀膜工艺方法。分别选取了离子束溅射法、热舟蒸发法和电子束蒸发法优化后的最佳工艺参量,在融石英基底上使用3种方法镀制了单层LaF3薄膜。首先,利用光度法得出3种方法镀制LaF3薄膜在185nm~800nm范围内的折射率n和消光系数k。然后,采用原子力显微镜对薄膜表面粗糙度进行了测量。最后,薄膜的微结构使用X射线衍射仪进行了分析。结果表明,离子束溅射镀制的LaF3薄膜折射率最高、表面粗糙度最低,但吸收较大;电子束蒸发法虽然吸收最小,但是折射率偏低且表面粗糙度较高;热舟蒸发法镀制的LaF3薄膜无论折射率、消光系数还是表面粗糙度都处于3种方法中间位置。综合各项指标,热舟蒸发法最适合于沉积深紫外LaF3薄膜。     

Ge基底LaF3-ZnS-Ge高耐用中波红外增透膜

研究了LaF3材料的蒸发特性及其在2.5~12 m红外波段的光学常数,并将LaF3晶体作为低折射率材料在Ge基底上制备了中波红外3.7~4.8 m波段高耐用性增透膜。SEM照片显示,基于LaF3材料的高耐用性增透膜表面纳米晶粒分布均匀致密,表面光洁度高。利用傅里叶变换红外光谱仪测试了其光谱特性,在3.7~4.8 m波段,峰值透射率达到99.4%,双面镀膜平均透射率由47.7%提高到98.8%。牢固度、耐久性等环境试验结果显示,膜层在保持高的光学性能的同时还可以在较为严苛的恶劣环境中使用     

用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度

介绍了一种简单而准确地确定薄膜光学常数和厚度的方法.借助于Forouhi-Bloomer物理模型,用改进的单纯形法拟合分光光度计透过率测试曲线,获得半导体薄膜的光学常数和厚度.对射频磁控溅射和直流反应溅射制备的玻璃基板上的α-Si和ZnO薄膜进行了实验,拟合的理论曲线和实验曲线吻合得非常好.计算得到的结果与文献报道的结果和台阶仪的测量结果一致,误差小于4%.该方法对无定形或多晶的半导体薄膜都适用,也可以用于计算厚度较薄的薄膜.     

磁控溅射法制备的PZT非晶薄膜光学性质研究

采用磁控溅射方法在石英玻璃上制备了PbZrxTi1-xO3(PZT)(x=0．52)非晶薄膜,并测量了200～1100nm的紫外．可见．近红外透射光谱．基于薄膜的结构和多层结构的透射关系,发展了仅有6个拟合参数的光学常数计算模型．利用该模型,可以同时获得薄膜在宽波段范围内的光学常数和厚度,得到折射率的最大值为2．68,消光系数的最大值为0．562,拟合薄膜厚度为318．1nm．根据Tauc′s法则,得到PZT非晶薄膜的直接禁带宽度为3．75eV．最后,利用单电子振荡模型成功地解释了薄膜的折射率色散关系．     

含氢非晶碳膜(a-C:H)红外光学特性的研究

采用端部霍尔离子源在硅基底上制备了含氢非晶碳膜（a-C:H）,并测量了4 000~1 500 cm-1的红外透射光谱。基于单层薄膜的透射关系,获得了仅有六个拟合参数的光学常数计算模型。利用该模型,可以同时获得薄膜在宽波段范围内的光学常数和厚度:折射率的最大值为1.94,消光系数的最大值为0.014 9,拟合薄膜厚度为617 nm 。     

不同沉积方式SiO2薄膜的自然时效特性

SiO2薄膜是光学薄膜领域内常用的重要低折射率材料之一。文中采用不同沉积技术在Si基底上制备了SiO2薄膜,并研究了它们光学特性的自然时效特性。采用不同贮存时间的椭偏光谱表征SiO2薄膜的光学特性,随着时间的增加,EB-SiO2薄膜和IAD-SiO2薄膜的物理厚度和光学厚度随着增加,但IBS-SiO2薄膜随着减小,变化率分别为1.0%,2.3%和-0.2%。当贮存时间达到120天时,IBS-SiO2薄膜、EB-SiO2薄膜和IAD-SiO2薄膜的物理厚度和光学厚度趋于稳定。实验结果表明,IBS-SiO2薄膜的光学特性稳定性最好,在最外层保护薄膜选择中,应尽可能选择离子束溅射技术沉积SiO2薄膜。     

光学薄膜常数的测试与分析

光学薄膜常数—折射率、消光系数和膜层厚度是光学薄膜制备的基础,通过透射光谱法测试计算得到的薄膜常数具有较高的精度。Ta2O5是一种常用的氧化物薄膜,研究了两种透射光谱法计算光学薄膜常数的精度,利用Lambda900分光光度计获得了Ta2O5薄膜样品的透过率光谱数据,采用透射光谱包络线法对单层Ta2O5薄膜样品的光学常数进行计算,得到的折射率和消光系数较为准确,并且认为所得到的消光系数为广义消光系数,对精确地测试、计算提出了建议,为不同薄膜样品的制备奠定了技术基础。     

Structural and the optical dispersion parameters of nano-CdTe thin film/flexible substrate

CdTe thin films of different thicknesses were deposited on polymer substrates for flexible optical devices applications. X-ray diffractogram of different thicknesses for CdTe films are measured and their patterns exhibit polycrystalline nature with a preferential orientation along the (111) plane. The optical constants of CdTe films were calculated based on the measured transmittance spectral data using Swanepoel's method in the wavelength range 400–2500 nm. The refractive index n and absorption index k were calculated and the refractive index exhibits a normal dispersion. The refractive index dispersion data followed the Wemple–DiDomenico model based on single oscillator. The oscillator dispersion parameters and the refractive index no. at zero photon energy were determined. The possible optical transition in these films is found to be allowed direct transition with energy gap increase from 1.46 to 1.60 eV with the increase in the film thickness. CdTe/flexible substrates are good candidates in optoelectronic devices     

Optimization of a fiber grating film sensor based on dual peak resonance

Based on the dual peak resonance of long-period fiber grating（LPFG）, a novel film sensor is presented, in which films sensitive to the surrounding gases are coated on the cladding of the fiber grating region, and the intervals of the dual peak resonant wavelengths change with the film refractive index. According to the coupled-mode theory, a triple-clad numerical model is developed to analyze the relation between the sensitivity Sn and the thin film optical parameters （the film thickness h3 and the refractive index n3） and the fiber grating parameters （the grating period A and the core index modulation σ）. By using optimization method, the optimal film optical parameters and the grating structure parameters are obtained. Numerical simulation shows that the sensitivity of this scheme to refractive index of the films is predicted to be more than 10-7. The theoretic analysis provides straightforward foundation for the actual highly sensitive film sensors.     

Effect of the film thickness on the optical constants and dispersion parameters of chalcogenide Ge20Se70Ag10 thin film

Chalcogenide thin films of Ge₂₀Se₇₀Ag₁₀ of thicknesses 150, 300 and 450 nm are prepared by a thermal evaporation technique. The crystalline phases of the deposited film are identified by X-ray diffraction. The transmittance and reflectance of the films are measured in the wavelength range 200–2500 nm. The optical band gap decreases while the width of the localized states tail increases with increasing film thickness. Variation of refractive index and extinction coefficient with the film thickness is studied to analyze the optical efficiency of these films. Application of the single oscillator model to the films reveals that the oscillator energy decreases while the dispersion energy increases with increasing thickness. The variation of the optical constants suggests that the thickness change is a good choice to control the optical properties of Ge₂₀Se₇₀Ag₁₀ film.     

不同制备工艺下氧化硅和氧化铪薄膜的椭偏光谱

椭偏技术是一种分析表面的光学方法,通过测量被测对象(样品)反射出的光线的偏振状态的变化情况来研究被测物质的性质。结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜(K9基片)和单层HfO2薄膜(K9基片)的椭偏参数,并用Sellmeier模型和Cauchy模型对两种薄膜进行拟合,获得了SiO2薄膜和HfO2薄膜在300～800 nm波段内的色散关系。用X射线衍射仪确定薄膜结构,用原子力显微镜观察薄膜的微观形貌,分析表明:SiO2薄膜晶相结构呈现无定型结构,HfO2薄膜的晶相结构呈现单斜相结构;薄膜光学常数的大小和薄膜的表面形貌有关;Sellmeier和Cauchy模型较好地描述了该波段内薄膜的光学性能,并得到薄膜的折射率和消光系数等光学常数随波长的变化规律。