界面粗糙度对真空紫外光学薄膜光谱性能影响研究

设计了193 nm窄角度和宽角度入射增透膜以及正入射高反膜,其中增透膜s和p偏振光透射率的最大偏差分别为0.17%和0.44%。结合标量散射理论和等效吸收层近似理论,多层膜间的粗糙界面等效为薄的吸收层,基于薄膜本征传输矩阵计算分析了不同界面粗糙度下的光谱性能。研究发现,薄膜光谱性能随着界面均方根粗糙度的增加而急剧退化,高反膜反射带宽也随之降低,达到4 nm时,宽角度入射增透膜和高反膜光谱性能在193 nm处分别退化2.04%和2.09%。界面粗糙度是影响高光谱性能真空紫外光学薄膜制备的重要因素。     

离子束溅射氧化物薄膜的中红外特性

以离子束溅射沉积(IBSD)方法制备了Al2O3、Nb2O5单层膜,用红外可变角度光谱椭圆偏振仪(IR-VASE)测试了薄膜的光学常数。用原子力显微镜(AFM)测量了单层膜的表面形貌及表面粗糙度,计算了单个表面的总积分散射(TIS)。以Nb2O5和Al2O3为高低折射率材料设计并制备了2.7μm高反射膜。最后对单层膜进行了环境实验检测。结果表明,制备的薄膜在中红外波段具有高的折射率和低的消光系数,光滑的表面特性和极低的表面散射损耗;在2.7μm波段没有发现由于水吸收导致的消光系数的增大;制备的反射膜在2.7μm反射率达到了99.63%,接近于理论计算值。薄膜顺利通过了一系列环境实验,显示其优良的环境稳定性。     

光学薄膜减散射特性研究

为了降低光学薄膜的表面散射损耗,依据微粗糙面的一阶微扰理论,在不考虑多重散射效应的情况下,利用电磁场边界条件给出的光学薄膜任一界面粗糙度引起的散射场在入射介质中的表达式,重点讨论了单层光学薄膜实现零散射的条件以及实现减散射的条件,理论研究结果表明:当膜层的光学厚度为/4的偶数倍时,单层薄膜要实现减散射就必须使单层膜的折射率大于基底的折射率,且空气-薄膜界面的微粗糙度必须小于薄膜-基底界面之间的微粗糙度。当膜层的光学厚度为/4的奇数倍时,单层薄膜的折射率小于基底的折射率,且膜层两个界面的粗糙度必须满足特定条件,才能实现减散射的效果。     

反应磁控溅射制备SiOx渐变折射率红外梳状滤光片

梳状滤光片是一种特殊的非均匀光学薄膜器件,其膜层折射率渐变分布结构使它与常规均匀光学薄膜相比具有更好的光学和机械性能.利用反应磁控溅射工艺,改变沉积SiOx(0≤x≤2)膜氧化程度,获得折射率从2.74逐渐变化到1.58(λ=1550 nm)的SiOx渐变折射率薄膜材料.通过调制膜层折射率振幅和引入膜层-外部介质折射率匹配层,成功地设计并制备了具有较好光学性能的SiOx渐变折射率红外梳状滤光片光学薄膜器件.使用单一的硅溅射靶材,通过改变氧化程度获得可变折射率材料的方法,为特殊光学薄膜器件的制备提供了一种经济实用的工艺路线.     

高反射率193 nm Al2O3/MgF2反射膜的实验研究

用电子束热蒸发方法在熔融石英基底上沉积了Al2O3和MgF2两种材料的单层膜，研究了两种材料的光学特性，采用光度法计算并给出了薄膜材料在180～230nm的折射率n／和消光系数k的色散曲线。以两种材料作为高低折射率材料组合，采用1／4波长规整膜系设计并镀制了193nm的高反射膜，反射膜在退火后的反射率在193nm达到96％以上。结果表明在一定工艺条件下Al2O3和MgF2两种材料能够在193nm获得较好的光学性能，适用于高反射膜的制备。     

基于双D型光纤表面等离子共振折射率传感研究

以双D型光纤作为传输载体,研究了一种基于表面等离子共振技术的双D型光纤折射率传感器。利用时域有限差分法,分析了双D型光纤剩余包层厚度、金膜厚度、金膜表面粗糙度以及双通道传输对光纤SPR传感器性能的影响。仿真结果表明,当剩余包层厚度为300~500nm、覆盖的金膜厚度为50nm时,双D型光纤SPR传感器的性能得到优化;金膜表面粗糙度也是影响传感器性能的重要因素,当金膜表面粗糙度的均方根值低于2nm或其相关长度大于160nm时,金膜表面粗糙度对传感器性能的影响显著减小,且在折射率为1.33~1.36的传感环境下具有较好的线性度;在双D型光纤两侧覆不同的金属膜,可以实现信号的双通道测量。     

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。     

钛宝石强激光负载的有机硅复合凝胶增透膜研究

以硅酸四乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)为前驱材料，用溶胶-凝胶(sol-gel)方法在钛宝石表面制备得到均匀性良好且具有高激光损伤阈值的有机硅复合凝胶增透膜。膜层在钛宝石激光器输出波段(750～850nm)的增透效果显著，其平均透过率超过98．6％；激光破坏阈值为2．2J／cm^2(800nm，300ps)；膜层表面均匀性达到激光波面的要求，在皮秒、飞秒超短脉冲高功率激光领域具有应用价值。溶胶的性能测试结果表明，溶胶粘度和成膜折射率均随溶液中CH3SiO1.5溶胶体含量的增加而增大，而膜层折射率受烘烤温度影响较小。     

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。     

光学薄膜的损耗测试与分析

随着激光基准系统和高精度激光测量系统的发展和应用,推动了超低损耗薄膜技术的发展,进一步控制损耗各分量的大小和分布,需要对光学薄膜总损耗进行测试分析.采用DIBS镀膜工艺在超光滑基底上镀制了高反膜和减反膜,给出了镀膜的工艺方法及工艺参数.通过分析时间衰减法测试总损耗的原理,分别采用时间衰减法和频率扫描法测试了光学薄膜的总损耗,在632.8nm波长点的测试结果为:高反膜层吸收为19.6×10-6,反射率达到99.996 86%;减反膜层总损耗为78×10-6.最后对光学薄膜总损耗的构成和工艺改进进行了探讨.     

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。     

Optical characterization of hydrogenated amorphous silicon thin films deposited at high rate

The aim of this paper is to provide a better understanding of hydrogenated amorphous silicon thin films (a-Si:H) in relation to their optical properties: refractive index, optical gap, absorption coefficient, thickness and surface roughness. The transmission spectrum of the films, deposited with various rf discharge power densities by an optimized plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, at a high rate (>10 Å/sec), was measured over a range in wavelength from 500 to 1100 nm. An approximate model is utilized to describe the surface roughness. In this model, the surface roughness is modeled as a mixed layer of 50 percent of a-Si:H and 50 percent of air and the optical constant of the rough layer is derived using the Bruggemann effective medium approximation (EMA). The gradient iteration method of numerical analysis is used to solve the nonlinear equations in the study. Our results show that the potential underestimation of refractive index and resulting overestimation of film thickness can be overcome by considering the reflection of the rough surface. The method is carried out on the transmission data and the influence of rf discharge power density on the properties of the film is discussed in detail.     

Sb∶SnO2/SiO2纳米复合薄膜的光学及气敏特性

采用溶胶 凝胶 (sol gel)工艺制备了Sb∶SnO2 /SiO2 复合膜。通过原子力显微镜 (AFM )观察了薄膜样品的表面形貌 ,利用紫外 可见光谱 ,p 偏振光反射比角谱研究了复合薄膜的光学特性。结果表明 ,薄膜中的晶粒具有纳米尺寸 (～ 35nm)的大小 ,比表面积大 ,孔隙率高 ;薄膜的透光率高 ,可见光波段近 95 % ;其光学禁带宽度约 3 6 7eV。因此Sb∶SnO2 /SiO2 纳米复合膜可作为气敏薄膜的理想选择。通过对三种不同的气体C3 H8,C2 H5OH及NH3气敏特性的测试表明 ,Sb掺杂大大提高了SnO2 薄膜对C2 H5OH的灵敏度 ,纳米Sb∶SnO2 /SiO2 复合膜的气敏灵敏度高于纯SnO2 薄膜及Sb掺杂的SnO2 薄膜     

IWO缓冲层对磁控溅射生长绒面HGZO薄膜性能的影响

研究了W掺In2O3(IWO)缓冲层(buffer layer)对磁控溅射直接生长绒面结构H化Ga掺杂ZnO(HGZO)薄膜的微观结构和光电性能的影响。实验发现,加入IWO缓冲层能够有效地增大薄膜表面粗糙度,提高了薄膜光散射能力,薄膜绒度(550nm波长处)由7.05%提高至18.37%;具有IWO缓冲层的HGZO(IWO/HGZO)薄膜的电学性能稍微提升。通过优化工艺条件,当IWO缓冲层厚为10nm时,生长获得的IWO/HGZO复合薄膜方块电阻为3.6Ω,电阻率为6.21×10-4Ωcm,可见光及近红外区域透过率(400～1 100nm)为82.18%,薄膜绒度(550nm波长处)为18.37%。     

Comparative studies on the structural,morphological, optical,and electrical properties of nanocrystalline PbS thin films grown by chemical bath deposition using two different bath compositions

High-quality lead sulfide (PbS) thin films were synthesized by chemical bath deposition from two baths with different compositions. One of them (bath-І) contained an aqueous solution of lead acetate, thiourea, sodium hydroxide, and the second (bath-ІІ) had additional triethanolamine. The introduction of triethanolamine reduced the grain size and increased the optical band gap of the PbS nanoparticles. The structure, morphology, and optical properties of the obtained films were investigated and compared with respect to the deposition time. X-ray diffraction data were used to obtain the crystallite size, lattice constant, and strain of the films. Atomic force microscopy results show that the roughness and rms-surface slope of the samples obtained from bath-I (PbS-I) were higher than those of bath-II (PbS-II) samples. PbS thin films with high reflectance (~61%) in the near-infrared region, which is important in our solar system, were obtained. The band gap, extinction coefficient, and refractive index of the samples were calculated. Furthermore, Raman analysis was performed and electrical properties of the samples were studied.     

衬底温度对氧化钛薄膜的光学常数影响

采用沈阳CK-3高真空磁控溅射薄膜沉积设备在K9玻璃衬底上分别制备了衬底温度为150℃、200℃和250℃的氧化钛薄膜。XRD分析显示这三种温度制备的薄膜由于制备温度不高均没有明显衍射峰,为非晶薄膜。薄膜的光学常数由德国SENTECH SE 850型光谱型椭偏仪对薄膜测试得到,测试波长为300 nm～800 nm,采用Cauchy模型对测试结果进行拟合。结果发现随着制备衬底温度的增大,薄膜的折射率n和消光系数k都随着增大。在衬底温度从150℃增大到250℃时,薄膜的光学带隙从3.46 eV减小到3.02 eV。     

氧杂质及热处理过程对Ge-Sb-Te薄膜的光学性质和晶体结构的影响

研究了氧掺杂Ge Sb Te磁控溅射相变薄膜在 4 0 0～ 80 0nm区域的光学常数 (n ,k) ,发现不同氧成分薄膜的光学性质有较大差别 ,经过热处理后薄膜的光学性质也发生了较大变化。由热处理前后薄膜的X射线衍射 (XRD)发现 ,经过退火处理后薄膜发生了从非晶态到晶态的相变。由薄膜内应力变化和薄膜的结构变化解释了薄膜光学性质的变化     

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。     

DDI法测薄膜光学常数

双光束双波长激光干涉（ＤＤＩ）法采用自行设计的可调双波长氦氖激光器作光源，可在同一光路中通过两次测量获得薄膜样品两个波长（０．６３３μｍ，３．３９μｍ）下的光学常数，即折射率、消光系数和厚度。论述了测量原理、测量装置和测量结果。     

溅射参数对Ge2Sb2Te5薄膜光学常数的影响

研究了溅射参数对Ge2Sb2Te5薄膜的光学常数随波长变化关系的影响,结果表明：(1)当溅射功率一定时,随溅射氩气气压的增加Ge2Sb2Te5薄膜的折射率先增大后减小,而消光系数先减小后增大.(2)当溅射氩气气压一定时,对于非晶态薄膜样品,在500nm波长以下,折射率随溅射功率的增加先增加后减小,消光系数则逐渐减小;在500nm以上,折射率随溅射功率的增加逐渐减少,消光系数先减小后增加.对于晶态薄膜样品,在整个波长范围折射率随溅射功率的增加先减小后增加,消光系数则逐渐减少.(3)薄膜样品的光学常数都随波长的变化而变化,在长波长范围变化较大,短波长范围变化较小.探讨了影响Ge2Sb2Te5薄膜光学常数的机理.