TiO2/Al2O3薄膜的原子层沉积和光学性能分析

采用原子层沉积技术在熔石英和BK7玻璃基片上镀制了TiO2/Al2O3薄膜,沉积温度分别为110℃和280℃。利用X射线粉末衍射仪对膜层微观结构进行了分析研究,并在激光损伤平台上进行了抗激光损伤阈值测量。采用Nomarski微分干涉差显微镜和原子力显微镜对激光损伤后的形貌进行了观察分析。结果表明,采用原子层沉积技术镀制的TiO2/Al2O3增透膜的厚度均匀性较好,Φ50 mm样品的膜层厚度均匀性优于99%;光谱增透效果显著,在1 064 nm处的透过率〉99.8%;在熔石英和BK7基片上,TiO2/Al2O3薄膜在110℃时的激光损伤阈值分别为（6.73±0.47）J/cm2和（6.5±0.46）J/cm2,明显高于在280℃时的损伤阈值。     

激光诱导多层光学薄膜损伤分析与仿真

提出一种全面分析光学薄膜损伤特性的方法,根据热传导理论与电子增殖理论建立激光辐照下多层介质膜的损伤理论模型。以HfO₂/SiO₂多层高反膜为例,计算红外纳秒脉冲激光作用下膜系内部的温度场、应力场以及自由电子数密度分布,对其热学特性与电子增殖特性进行综合评估后,得到不同输入条件下膜系的损伤阈值。结果表明,薄膜材料的损伤特性会受到驻波场的影响,在1064 nm波长的激光辐照下HfO₂/SiO₂ 多层介质薄膜的热致应力损伤效应先于热熔融效应先于场效应发生,且薄膜中SiO₂层发生热损伤,而薄膜并未发生场损伤,此外薄膜的损伤阈值随着激光脉宽的增大而增大。     

PVP掺杂-ZrO2溶胶-凝胶工艺制备多层激光高反射膜的研究

以丙醇锆(ZrPr)为锆源，二乙醇胺(DEA)为络合剂，原位引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在乙醇体系中成功地合成了PVP掺杂-ZrO₂溶胶.采用旋涂法在K9玻璃基片上制备了PVP-ZrO₂单层杂化薄膜.用不同掺杂量的PVP-ZrO₂高折射率膜层与相同的SiO₂低折射率膜层交替沉积四分之一波堆高反射膜.借助小角X射线散射研究胶体微结构，用红外光谱、原子力显微镜、紫外/可见/近红外透射光谱、椭圆偏振仪以及1064nm的强激光辐照实验对薄膜的结构、光学和抗激光损伤性能进行表征.研究发现，体系组成的适当配置可以在溶胶稳定的前提下实现ZrPr的充分水解，赋予薄膜良好的结构、光学和抗激光损伤性能.杂化体系中，DEA与ZPr之间强的配合作用大大降低了ZrO₂颗粒表面羟基的活性，使得PVP大分子只是以微弱的氢键与颗粒的表面羟基作用而均匀分散于ZrO₂颗粒的周围，对颗粒的形成和生长无显著影响.因而在实验研究范围内，随PVP含量的增大，PVP-ZrO₂杂化膜层的折射率和激光损伤阈值均无显著变化.但是，薄膜中均匀分布的PVP柔性链可以有效促进膜层应力松弛，显著削弱不同膜层之间的应力不匹配程度、大大方便多层光学薄膜的制备.当高折射率膜层中PVP的质量分数达到15%—20%时，膜层之间良好的应力匹配使得多层高反射膜的沉积周期数可达到10以上.沉积10个周期的多层反射膜，在中心波长1064nm处透射率约为1.6%—2.1%，接近全反射特征，其激光损伤阈值为16.4—18.2J/cm²(脉冲宽度为1ns). 关键词： 溶胶-凝胶 2')" href="#">PVP-ZrO₂ 高反射膜 激光损伤     

多孔TiO2/Al/SiO2纳米复合结构的紫外光吸收特性研究

在SiO₂玻璃衬底上用脉冲激光沉积(PLD)技术,分别沉积Ti和Ti/Al膜,经电化学阳极氧化成功制备了多孔TiO₂/SiO₂和TiO₂/Al/SiO₂纳米复合结构. 其中TiO₂薄膜上的微孔阵列高度有序,分布均匀. 实验研究了Al过渡层对多孔TiO₂薄膜光吸收特性的影响. 结果表明：无Al过渡层的多孔TiO₂薄膜其紫外吸收峰在27 关键词： 2薄膜')" href="#">多孔TiO₂薄膜 阳极氧化 紫外光吸收     

熔石英表面铜膜污染物诱导损伤实验研究

 在熔石英元件表面溅射一层厚度小于10 nm的金属铜膜污染物,并测试元件的透过率。测试355 nm熔石英元件的激光损伤阈值,并用光学显微镜观测损伤形态。实验结果表明：污染后的熔石英元件的损伤阈值降低20%左右,元件表面的金属污染物薄膜经强激光辐照,在熔石英表面形成很多坑状微损伤,分布不均的热应力导致表面起伏,并有明显的烧蚀现象,导致基底损伤阈值下降。建立的光吸收和热沉积传输模型初步解释污染物膜层导致熔石英元件损伤的机理。     

退火对ZrO2薄膜微结构及激光损伤阈值的影响

利用电子束蒸发方法在Yb∶YAG晶体和熔融石英衬底上沉积单层ZrO2薄膜,分别在673 K和1 073 K的温度下经过12 h退火以后,通过X射线衍射（XRD）分析了薄膜晶相,计算了薄膜的晶粒尺寸;利用表面热透镜技术获得了薄膜的吸收;测量了退火后薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明:两种衬底上的薄膜结构受到退火温度和衬底表面结构的影响,高温退火有利于单斜相的形成,含单斜相的ZrO2薄膜具有较高的激光损伤阈值,而由于衬底的吸收,Yb∶YAG晶体上薄膜的损伤阈值远小于石英衬底上薄膜的损伤阈值。     

ZrO2／SiO2多层膜中膜厚组合周期数及基底材料对残余应力的影响

ZrO₂／SiO₂多层膜由相同沉积条件下的电子束蒸发方法制备而成， 通过改变多层膜中高(ZrO₂)、低(SiO₂)折射率材料膜厚组合周期数的方法，研究了沉积 在熔石英和BK7玻璃 基底上多层膜中残余应力的变化. 用ZYGO光学干涉仪测量了基底镀膜前后曲率半径的变化， 并确定了薄膜中的残余应力. 结果发现，该多层膜中的残余应力为压应力，随着薄膜中膜厚 组合周期数的增加，压应力值逐渐减小. 而且在相同条件下，石英基底上所沉积多层膜中的 压应力值要小于BK7玻璃基底上所沉积多层膜中的压应力值. 用x射线衍射技术测量分析了膜 厚组合周期数不同的ZrO₂／SiO₂多层膜微结构，发现随着周期数增 加，多层膜的结晶程 度增强. 同时多层膜的微结构应变表现出了与所测应力不一致的变化趋势，这主要是由多层 膜中，膜层界面之间复杂的相互作用引起的. 关键词： 2／SiO₂多层膜')" href="#">ZrO₂／SiO₂多层膜 残余应力 膜厚组合周期数     

常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

在常压百级洁净度环境下,采用三种不同折射率的SiO₂溶胶在熔石英基底上涂制四种不同薄膜,利用光学理论计算模拟了三种胶体涂制的膜层稳定性,通过实验考查了膜层光学指标随时间的变化规律。SiO₂薄膜能够显著提升光学元件透射率,但由于膜层表面的大量羟基及其多孔结构,SiO₂薄膜易吸附周围环境中的有机污染物及水分填充膜层孔隙,从而导致膜层折射率发生变化,影响膜层透射率、反射率等光学性能。实验结果发现,三种溶胶凝胶化学膜在常压百级环境中的有效期为80 d(绝对变化率小于0.1%),且三种胶体涂制的膜层稳定性由高到低依次为折射率1.19, 1.15, 1.25的膜层。     

不同钝化结构对非极性AlGaN-MSM紫外探测器性能的提升

在r面蓝宝石衬底上,采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）法高温生长了未掺杂非极性AlGaN半导体薄膜,在此基础上制备了金属-半导体-金属（MSM）结构的紫外探测器。系统研究了在AlGaN半导体薄膜表面分别磁控溅射SiO₂纳米颗粒与SiO₂钝化层两种钝化手段对非极性AlGaN-MSM结构的紫外探测器性能的影响。实验结果表明：磁控溅射SiO₂纳米颗粒钝化或SiO₂钝化层两种手段都能提升AlGaN-MSM结构紫外探测器性能。暗电流测试表明,SiO₂纳米颗粒和SiO₂钝化层可使器件暗电流下降1~2个数量级,达到nA量级。光谱响应测试发现,在5 V偏压下,探测器在300 nm处具有陡峭的截止边,这表明其具有很好的深紫外特性,光谱响应提高了10³倍,紫外可见抑制比高达10⁵。     

溶胶凝胶ZrO2/SiO2宽带减反膜的制备与性能

采用溶胶凝胶法制备得到以正丙醇锆和正硅酸乙酯为前驱体的ZrO₂和SiO₂溶胶,通过TFCalc光学薄膜软件模拟了ZrO₂/SiO₂三层“宽M型”基频二倍频减反膜,并使用提拉法制备得到了该均匀膜层。三层减反膜在527 nm和1053 nm处的透过率约为99.5%,且透过率大于99%的波长范围均超过150 nm。经热处理后的膜层表面均方根粗糙度为1.34 nm,表面平整性良好;并运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该减反膜的零几率激光损伤阈值达到36.8 J·cm^-2(1064 nm,10.7 ns)。     

Annealing effects on structure and laser-induced damage threshold of Ta2O5/SiO2 dielectric mirrors

The effects of annealing on structure and laser-induced damage threshold (LIDT) of Ta₂O₅/SiO₂ dielectric mirrors were investigated. Ta₂O₅/SiO₂ multilayer was prepared by ion beam sputtering (IBS), then annealed in air under the temperature from 100 to 400 °C. Microstructure of the samples was characterized by X-ray diffraction (XRD). Absorption of the multilayer was measured by surface thermal lensing (STL) technique. The laser-induced damage threshold was assessed using 1064 nm free pulsed laser at a pulse length of 220 μs.

It was found that the center wavelength shifted to long wavelength gradually as the annealing temperature increased, and kept its non-crystalline structure even after annealing. The absorbance of the reflectors decreased after annealing. A remarkable increase of the laser-induced damage threshold was found when the annealing temperature was above 250 °C.     

SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响

本文采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在室温条件下制备了具有双电层效应的二氧化硅(SiO₂) 固体电解质薄膜, 并以此SiO₂薄膜作为栅介质制备了氧化铟锌(IZO)双电层薄膜晶体管. 本文系统地研究了SiO₂固体电解质中的质子特性对双电层薄膜晶体管性能的影响, 研究结果表明, 经过纯水浸泡的SiO₂固体电解质薄膜可以诱导出较多的可迁移质子, 因此表现出较大的双电层电容. 由于SiO₂固体电解质薄膜具有质子迁移特性, 晶体管的转移特性曲线呈现出逆时针方向的洄滞现象, 并且这一洄滞效应随着栅极电压扫描速率的增加而增大. 进一步对薄膜晶体管的偏压稳定性进行测试, 发现晶体管的阈值电压的变化遵循了拉升指数函数(stretched exponential function)关系.     

节瘤缺陷平坦化提高高反射膜的激光损伤阈值

探究了节瘤缺陷平坦化技术中平坦化层(刻蚀层)厚度和种子源尺寸之间的刻蚀规律,同时解释了平坦化技术提高节瘤缺陷的损伤阈值的机制。在双离子束溅射系统中,使用SiO₂微球模拟真实的种子源置于基板上,镀制1064 nm HfO₂/SiO₂高反膜,制备人工节瘤缺陷。对类似于实际种子源的SiO₂微球一系列不同刻蚀程度的实验得出了节瘤缺陷平坦化技术的刻蚀规律:只要平坦化层(刻蚀层)的厚度稍大于节瘤缺陷的种子源粒径,就可以将种子源完全平坦化。使用时域有限差分法(FDTD)模拟不同平坦化程度的节瘤缺陷内电场增强的结果与节瘤缺陷的损伤形貌进行对比实验,将损伤形貌和损伤阈值与电场强度分布之间建立联系,表明平坦化技术可以改变节瘤缺陷原有的几何结构,有效抑制节瘤缺陷的电场增强效应。最后,通过对未经平坦化和经过平坦化处理后的节瘤缺陷进行损伤阈值测试,对比结果直接验证了节瘤缺陷平坦化技术可以实现对节瘤缺陷的调控,大幅度提高了节瘤缺陷的损伤阈值。     

GaSb基PECVD法制备SiO2薄膜的应力研究

为了实现在GaSb衬底上获得低应力的SiO₂薄膜,研究了等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在晶格失配较大的GaSb衬底上沉积SiO₂薄膜的应力情况。通过改变薄膜沉积时的工艺条件,如反应温度、射频功率、反应压强、气体流量比,并基于曲率法模型,对镀膜前后的曲率半径进行了实验测量,利用Stoney公式计算相关应力值并绘制应力变化曲线。详细讨论了PECVD工艺条件的改变对SiO₂薄膜应力所产生的影响。同时通过在Si衬底上沉积SiO₂薄膜,对比分析了导致薄膜应力产生的因素及变化过程。实验结果表明,在沉积温度为300℃、射频功率为20 W、腔体压强为90 Pa、气体流量比SiH₄/N₂O为125/70 cm³·min^-1的工艺参数下,PECVD法在GaSb衬底上沉积的SiO₂薄膜应力相对较小。     

金属Pt薄膜上二氧化钒的制备及其电致相变性能研究

通过引入SiO₂氧化物缓冲层, 在金属Pt电极上利用射频磁控溅射技术成功制备出高质量的VO₂薄膜. 详细研究了SiO₂厚度对VO₂薄膜的晶体结构、微观形貌和绝缘体–金属相变(MIT)性能的影响. 结果表明厚度0.2 μm以上的SiO₂缓冲层能够有效 消除VO₂薄膜与金属薄膜之间的巨大应力, 制备出具有明显相变特性的VO₂薄膜. 当缓冲层达到0.7 μm以上, 获得的薄膜具有明显的(011)晶面择优取向, 表面平整致密, 相变前后电阻率变化达到3个数量级以上. 基于该技术制备了Pt-SiO₂/VO₂-Au三明治结构, 通过在垂直膜面方向施加很小的驱动电压, 观察到明显的阶梯电流跳跃, 证实实现了电致绝缘体–金属相变过程. 该薄膜制备工艺简单, 性能稳定, 器件结构灵活可应用于集成式电控功能器件. 关键词： 二氧化钒薄膜 相变特性 电致相变 阈值电压     

SiO2 passivation film effects on microwave characteristics of YBa2Cu3O7−x-based resonators

SiO₂ film coated as a passivation layer for YBa₂Cu₃O_7−x (YBCO)-based microwave devices is investigated by measuring the microwave characteristics of microstrip line resonators. The SiO₂ film is deposited with its 0.3 to 0.4 μm thickness by a sputtering method using Ar + 30%O₂ plasma. These deposition conditions do not degrade the microwave characteristics and the critical temperature (T_c). Next, the SiO₂ film coated resonators are compared with the uncoated ones for two kinds of degradation conditions: a 200°C annealing in air, and an exposure to air at 85°C and 85% RH (relative humidity). We find that the SiO₂ passivation film prevents the YBCO thin film from the surface degradation and reacting with water.     

1.54 μm Emission of pulsed-laser deposited Er-doped films on Si

We investigate the photoluminescence properties of Er-doped SiO₂ and glass films fabricated by pulsed-laser deposition (PLD) for different deposition parameters and erbium host materials. The luminescence yield of SiO₂ : Er films increases strongly with increasing oxygen background pressure during laser ablation. We compare SiO₂ and soda-lime glass as host materials for erbium ions. Under identical growth conditions and the same erbium concentrations in both targets, films deposited from the soda-lime glass show a much higher luminescence yield. This enhancement is attributed to a higher concentration of optically active erbium in the multicomponent glass environment.     

A quantum chemical study of ZrO2 atomic layer deposition growth reactions on the SiO2 surface

Zirconium oxide (ZrO₂) is one of the leading candidates to replace silicon oxide (SiO₂) as the gate dielectric for future generation metal-oxide-semiconductor (MOS) based nanoelectronic devices. Experimental studies have shown that a 1–3 monolayer SiO₂ film between the high permittivity metal oxide and the substrate silicon is needed to minimize electrical degradation. This study uses density functional theory (DFT) to investigate the initial growth reactions of ZrO₂ on hydroxylated SiO₂ by atomic layer deposition (ALD). The reactants investigated in this study are zirconium tetrachloride (ZrCl₄) and water (H₂O). Exchange reaction mechanisms for the two reaction half-cycles were investigated. For the first half-reaction, reaction of gaseous ZrCl₄ with the hydroxylated SiO₂ surface was studied. Upon adsorption, ZrCl₄ forms a stable intermediate complex with the surface SiO₂–OH^* site, followed by formation of SiO₂–O–Zr–Cl^* surface sites and HCl. For the second half-reaction, reaction of H₂O on SiO₂–O–Zr–Cl^* surface sites was investigated. The reaction pathway is analogous to that of the first half-reaction; water first forms a stable intermediate complex followed by evolution of HCl through combination of a Cl atom from the surface site and an H atom from H₂O. The results reveal that the stable intermediate complexes formed in both half-reactions can lead to a slow film growth rate unless process parameters are adjusted to lower the stability of the complex. The energetics of the two half-reactions are similar to those of ZrO₂ ALD on ZrO₂ and as well as the energetics of ZrO₂ ALD on hydroxylated silicon. The energetics of the growth reactions with two surface hydroxyl sites are also described.     

等离子体结合六甲基二硅胺烷处理提升增透膜抗真空污染性能研究

本文采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂增透膜,然后对其进行等离子体结合六甲基二硅胺烷（HMDS）表面改性处理。研究了后处理改性对增透膜表面形貌、微观结构、光学性能及激光损伤性能的影响规律,获得了抗真空有机污染的二氧化硅增透膜。结果表明,增透膜在采用等离子体结合HMDS表面改性处理后,膜层收缩、粗糙度下降、极性羟基等有机基团含量减少;两步后处理改善了增透膜膜层结构和光学性能,显著提高了膜层疏水能力和真空条件下的抗污染性能,并且对溶胶-凝胶二氧化硅增透膜的高损伤阈值属性不产生影响。     

类金刚石薄膜及其进展

为了使研究者能更详细地了解类金刚石（DLC）薄膜的研究现状,综述了类金刚石薄膜的特性及应用,分析对比了目前常用的一些类金刚石薄膜的制备方法,包括物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）,并对类金刚石薄膜的抗强激光损伤特性以及提高其激光损伤阈值的方法进行了论述。结果发现,利用PVD法制备的DLC膜的硬度可以达到40 GPa~80 GPa,且薄膜的残余应力可以达到0.9 GPa~2.2 GPa之间,而CVD法则由于反应气体的充入导致类DLC薄膜的沉积速率大大降低,故使用率不高。同时,优化膜系的电场强度设计,采用合理的制备工艺,进行激光辐照后处理,施加外界电场干预均可有效地提高DLC薄膜的抗激光损伤能力, 且目前的DLC薄膜的激光损伤阈值可达到2.4 J/cm2。