实时测量器件中光学薄膜厚度的新方法研究

从薄膜光学理论出发，阐述了利用光学反射比实时测量特种器件中光学薄膜厚度的原理，介绍了测试仪器，分析了测试结果。在已知基底的折射率、光学薄膜的折射率、消光系数及入射光波长的情况下，可计算出光学薄膜的反射比随厚度变化的理论曲线，实验曲线与理论曲线相比较，可实时获得薄膜的厚度信息，这对控制薄膜工艺很有益处。     

溅射光学薄膜的发展

用溅射淀积法制得的TiO_2,ZrO_2和CeO_2光学薄膜具有下述特点:(1)比用真空蒸发淀积得到的光学薄膜折射率大;(2)耐磨性提高了;(3)基片粘附性较好。获得了折射率分别为1.4和1.9的SiO_2和SiO薄膜。但未能得到重复的中间折射率。具有中间折射率的薄膜在可见光谱的短波的末端呈现出吸收。用氟氯昂14分压法淀积MgF_2较成功。膜厚与时间的关系,监视薄膜的厚度是足够准确的。通过对TiO_2,CeO_2和SiO_2薄膜厚度计算表明重复性是在所需要的光学厚度±2％之内。     

X射线反射法分析ZnO基薄膜的厚度、密度和表面粗糙度

采用X射线反射法(XRR)测试了在SiO_2玻璃衬底上磁控溅射沉积的单层ZnO基薄膜的反射强度,得到了反射强度随掠入射角变化的曲线;讨论了薄膜厚度、密度和表面粗糙度与反射曲线的关系,最后通过拟合XRR曲线获得了所制备薄膜的厚度、密度和表面粗糙度分别为55.8 nm,5.5 g·cm~(-3)和1.7 nm,与利用XRR数据直接计算出的薄膜厚度56.2 nm仅相差0.4 nm,表面粗糙度也与AFM测试的结果基本相符。可见XRR能无损伤、精确且快速地测试薄膜试样的厚度、密度和表面粗糙度等参数。     

光反射干涉谱新方法测试薄膜厚度和光学常数

依据测量薄膜和光之间相互作用可确定薄膜特性的原理,并基于光反射干涉谱与德国最新研发薄膜分析软件SCOUT的新方法可测量已知或未知材料的多层薄膜厚度及其折射率n、消光系数k。通过实际测试证明：该方法可测试单晶硅、玻璃、ITO玻璃基底上沉积薄膜的厚度,样品基本不需要特别准备,对样品无破坏性,测试精准。理论上可以测量所有透光或半透光薄膜的厚度和光学常数,操作非常简便,适合于镀膜行业的在线检测和实时监控,且SCOUT软件在多层膜及多种材料的研发、制备等方面具有应用潜力。     

五氧化二钽薄膜的制备及其I—U特性

本文利用脉冲直流反应磁控溅射的方法制备了五氧化二钽(Ta205)薄膜，俄歇电子能谱仪测试了薄膜的成分含量，椭偏仪测试了Ta205薄膜的厚度和折射率，XRD分析了薄膜的晶体结构，并且分别研究了氧气含量、基底温度等成膜工艺对薄膜的影响。研究结果表明薄膜的成分主要是由氧气含量决定的。利用金属—绝缘体(介质膜)—金属(MIM)结构初步对Ta2O5薄膜进行了电学性能的测试：皮安电流电压源测试了薄膜的I—U特性，制备出的薄膜折射率在2．1-2．2，MIM的I—U特性曲线显示了较好的对称性和低的漏电流密度。     

氧化钽薄膜表面形貌和光学性能的研究

本文采用电子束蒸发配以Kaufman离子源产生的氧离子辅助沉积了Ta2O5薄膜,用原子力显微镜（AFM）表征了薄膜的表面形貌、表面粗糙度,探讨了Ta2O5薄膜在此工艺下的表面质量.用分光光度计测试了不同厚度下薄膜的透射率,计算出了其折射率.实验及分析结果表明：所制备的Ta2O5薄膜表面平整度高,是弱吸收薄膜,随薄膜厚度的增加短波截止波长向长波方向略有漂移;折射率随膜厚的变化不大,此制备工艺的可重复性强,制备薄膜性能稳定;薄膜表面粗糙度随膜厚的增加而增加,但是增加不大,所制备Ta2O5薄膜是理想光学薄膜;离子束的加入,使得薄膜表明形貌变化更加复杂,打破了热蒸发制备薄膜的柱状生长模式.     

化学法敷双层透光膜技术

一、概况从前,敷单层透光膜是光学另件减少反射损失的唯一有效办法。理论分析可知,当薄膜光学厚度等于1/4个波长而薄膜材料折射率小于玻璃折射率时,则薄膜与玻璃之间的分界面上的反射光线和薄膜上表面的反射光线之间正好相差180°位相而发生干涉。若能使薄膜物质的折射率和薄膜二边物质折射率之间,存在如下关系,即 N_2~2=N_1·N_3,则这二个反射光波的振幅相等,干涉时就会互相     

真空度对TiO_2薄膜光学和结构特性的影响

为制备高性能TiO2光学薄膜,采用离子束辅助,电子束蒸发沉积的方法,研究不同真空度对薄膜性能的影响。真空度随真空室内通氧量增大从1.3×10-3Pa变化到2.5×10-3Pa,得到不同光学和结构特性的TiO2薄膜。采用分光光度计测试其光谱,SEM测试其表面形貌。测试结果发现,TiO2薄膜的透过率峰值随真空度降低而增大,折射率和消光系数随真空度降低而减小,薄膜表面形貌随真空度降低从致密变粗糙。在真空度2.0×10-3Pa的工艺条件下,成膜质量最佳,此时最大透过率92%,折射率在2.45～2.20之间,消光系数在10-4以下。根据Cauchy公式拟合其色散规律,拟合曲线和采用包络法计算得到的曲线较好重合,折射率随波长的变化公式为n(λ)=2.12+5.69×104/λ2+8.07×107/λ4。     

溶胶-凝胶法制备宽带减反膜

为了克服单层减反射膜剩余反射高，色彩还原性能差的缺点，需要制备宽带减反膜。纳米多孔SiO2薄膜可以实现很好的宽带减反效果。本文用光学薄膜设计程序模拟了光学参数的变化对薄膜光学性能的影响，优化了薄膜的光学参数。实验上通过酸碱两步法和溶胶-凝胶技术制备了折射率梯度的纳米多孔SiO2宽带减反膜。采用椭偏仪、FE-SEM、紫外-可见分光光度计等方法研究薄膜的光学特性和表面形貌。结果表明实验制备的SiO2薄膜具有可控的纳米多孔结构，折射率在1．18～1．43之间可连续调节。形成的宽带减反膜在可见光区域的平均反射率仅为0．44％。     

一种简单的光学薄膜厚度测量方法

使用紫外可见分光光度计测最光学薄膜,获得透过率图谱或者反射、吸收谱,利用薄膜上下表面光的于涉原理,通过简单计算,就可以方便快捷地估算出薄膜厚度.用磁控溅射法制备了ITO薄膜,使用该干涉法和台阶仪分别测最了膜厚,将结果进行了对比.结果表明,干涉法测量光学薄膜简单、快捷,设备要求不高,实用性强,方法可行.     

典型红外光学薄膜材料折射率温度特性研究

红外光学薄膜材料在红外光学系统中的应用非常广泛,其折射率是光学薄膜设计的重要参量,鉴于空间应用的特殊需求,红外光学薄膜通常工作在低温条件下,红外光学薄膜材料的折射率会随温度改变而发生变化,对于红外光学薄膜的研制有很大影响。论文研究了红外光学薄膜材料折射率的温度特性,总结了红外光学薄膜材料折射率色散模型,并对红外光学薄膜材料折射率温度特性研究发展趋势进行了展望。     

五氧化二钽薄膜的制备及其I-U特性

本文利用脉冲直流反应磁控溅射的方法制备了五氧化二钽 (Ta2 O5)薄膜 ,俄歇电子能谱仪测试了薄膜的成分含量 ,椭偏仪测试了Ta2 O5薄膜的厚度和折射率 ,XRD分析了薄膜的晶体结构 ,并且分别研究了氧气含量、基底温度等成膜工艺对薄膜的影响。研究结果表明薄膜的成分主要是由氧气含量决定的。利用金属 绝缘体 (介质膜 ) 金属 (MIM)结构初步对Ta2 O5薄膜进行了电学性能的测试 :皮安电流电压源测试了薄膜的I U特性 ,制备出的薄膜折射率在 2 1～ 2 2 ,MIM的I U特性曲线显示了较好的对称性和低的漏电流密度     

多层介质高反射膜的散射特性研究

为了研究多层介质高反射薄膜的散射特性减小光学薄膜的散射损耗,以多层光学薄膜矢量光散射理论为基础,利用光学薄膜的总散射损耗与光学薄膜双向反射分布函数的关系,研究了多层介质高反射薄膜分别在膜层界面粗糙度为完全相关和完全非相关模型下入射角和偏振状态对总散射损耗的影响,以及入射波长对总散射损耗的影响.理论研究结果表明,随着入射角的变化p偏振入射光引起的p偏振的总散射损耗强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性,尤其是在布儒斯特角附近更为明显;此外,通过对介质高反射膜在两种不同模型下的总散射损耗随入射波长的变化与其反射率谱的比较发现,完全相关模型下的总散射损耗与反射率谱的变化趋势一致,完全非相关模型则恰好反之.     

PECVD法制备硅基ZnO薄膜光学性能的研究

使用薄膜分析系统研究在不同衬底温度下生长的硅基ZnO薄膜反射谱,了解衬底温度对薄膜的结晶状况影响。研究结果表明,随衬底温度的升高,晶粒之间融合长大,薄膜的折射率增大;在衬底温度450℃时生长的ZnO薄膜,薄膜的折射率最大为4.2,反射谱的吸收边更接近380nm,在520nm处有一个弱的吸收峰,与ZnO薄膜的PL谱测试结果一致。再升高衬底温度,晶粒会出现异常长大,晶粒排布将受到影响,导致薄膜折射率下降。     

基于透反射光谱确定Te/TeO_2-SiO_2复合薄膜的光学常数

基于电化学诱导sol-gel方法制备Te/TeO_2-SiO_2复合薄膜的紫外-近红外投射光谱实验,采用透反射光谱测量法推导出Te/TeO_2-SiO_2复合薄膜在200~1100nm波长范围内的光学常数,包括光学透过率、反射率、线性吸收系数、消光系数、线性折射率及禁带宽度。研究发现,复合薄膜具有高折射率(1.93~2.03),测试波长为1064nm,低吸收和禁带宽度宽(3.07~3.40eV)等光学特性,同时薄膜的光学常数对制备过程中的重要参数制备电压表现出强烈的依赖性,制备电压越大薄膜的光学透过率降低,薄膜厚度增大,线性折射率增大。     

X射线反射法和椭圆偏振法结合测量热处理溶胶-凝胶ZrO2薄膜的结构和光学参数

采用溶胶-凝胶法在硅片基底上制备ZrO2薄膜,在150℃～750℃范围内不同温度下进行热处理,研究了热处理对膜层结构和光学性能的影响。X射线反射用于膜层厚度和界面粗糙度分析,结果表明热处理温度由150℃升至750℃,膜层厚度由常温状态下的112.3nm减小到34.0nm,表面和界面粗糙度均小于2nm。以X射线反射法测得的膜层厚度为初始值,对椭圆偏振仪的测量结果进行拟合,得到不同温度的膜层折射率,结果表明热处理温度为550℃时膜层折射率达到最大值。X射线反射作为直接的膜层厚度测试手段,所得结果为准确分析椭偏光谱提供了参考。     

用能谱技术确定基体薄涂层的厚度

提出一种不用标样确定基体薄涂层厚度并同时得到薄膜成分的新方法，通过理论计算，得出在不同涂层厚度下，涂层与基体的特征Ｘ射线相对强度比Ｉｃ／Ｉｓ，并作出理论曲线。然后用能谱技术测出Ｉｃ／Ｉｓ，可由理论曲线得出相应的涂层厚度，经实验证明该方法可行。用能谱技术确定基体薄涂层的厚度@冯显灿     

膜厚对导电氧化锌宽带抗反射涂层的太赫兹传输影响

利用直流磁控溅射方法,在石英基底上制备了可用于太赫兹电磁波频率范围内的宽带抗反射涂层的掺铝氧化锌导电薄膜。在太赫兹时域光谱频率0.1~1.0THz范围内研究不同厚度的氧化锌薄膜的介电响应,得到了与频率相关的电导率、吸收和薄膜折射率,着重研究了膜厚对太赫兹波传输特性的调制作用。实验结果很好地符合了经典的Drude模型,表明可以通过控制氧化锌薄膜的厚度来改变太赫兹波的传输特性,并且导电氧化锌薄膜能够作为太赫兹频段范围的宽带抗反射涂层应用于衬底和光学器件上。     

PECVD法低温制备二氧化硅薄膜(英文)

针对金属层间介质以及MEMS等对氧化硅薄膜的需求,介绍了采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH4和N2O为反应气体,低温制备SiO2薄膜的方法.利用椭偏仪和应力测试系统对制得的SiO2薄膜的厚度、折射率、均匀性以及应力等性能指标进行了测试,探讨了射频功率、反应腔室压力、气体流量比等关键工艺参数对SiO2薄膜性能的影响.结果表明:SiO2薄膜的折射率主要由N2O/SiH4的流量比决定,而薄膜均匀性主要受电极间距以及反应腔室压力的影响.通过优化工艺参数,在低温260℃下制备了折射率为1.45～1.52、均匀性为±0.64%、应力在-350～-16MPa可控的SiO2薄膜.采用该方法制备的SiO2薄膜均匀性好、结构致密、沉积速率快、沉积温度低且应力可控,可广泛应用于集成电路以及MEMS器件中.     

硅在红外光学薄膜中的应用研究

介绍了硅的理化特性以及在光学薄膜设计中的应用特点.对电子束沉积硅薄膜时的温度、真空度进行了确定,并对其沉积速率的稳定性以及石墨坩埚的使用方法进行了研究.利用分光光度法测定了硅膜在0.5μm～5 μm波段范围内的折射率分布曲线.