Si基Sr1.8Ca0.2NaNb5O15薄膜的合成及光学特性研究

利用溶胶-凝胶法,在Si(001)单晶衬底上逐层生长四方钨青铜结构的Sr1.8Ca0.2NaNb5O15(SCNN)薄膜。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等技术研究了薄膜的微结构,结果表明,SCNN薄膜在厚度较小的状态下可呈现出明显的(001)择优取向,而随着厚度的增加择优取向受到抑制,颗粒尺寸增大,薄膜的多晶态的趋势增强。然后通过测量薄膜在400~780nm光谱范围内的反射率曲线,采用Sellmeier色散公式分析折射率非均匀性的影响,通过改进的单纯形法计算拟合出SCNN薄膜的折射率和厚度,其中厚度的结果利用SEM加以验证,而折射率的变化则与薄膜结晶态的变化保持一致。     

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.     

高损伤阈值激光反射镜的设计方法

为了提高激光反射膜的光谱特性和抗激光损伤特性,提出了一种高损伤阈值激光反射镜的设计方法：采用HfO2-Nb2O5-SiO2多材料混合膜系结构,利用Nb2O5-SiO2折射率差值大的特点,在较少的膜层数下达到高反射率要求;利用HfO2-SiO2组合具有高的抗激光损伤特点,在Nb2O5-SiO2膜堆的最外部分叠加HfO2-SiO2膜堆,取长补短,做到采用较少的膜层数,达到高反射率要求,同时提高薄膜的抗激光损伤能力.该方法能灵活有效地按照不同膜系要求进行材料组合,具有很高的实用价值,达到工程最优化设计.     

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。     

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.     

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。     

HfO2/SiO2多层高反膜脉冲YAG激光预处理机理的研究

本文研究了HfO2 /SiO2 多层高反膜脉冲YAG激光预处理提高抗激光损伤阈值的机理。通过分析和计算 ,我们提出了一种物理模型 ,即热扩散模型。由于扩散结果 ,导致HfO2 膜层的折射率增加 ,致使HfO2 、SiO2 膜层交界处光驻波波峰降低 ,从而提高了薄膜抗激光损伤阈值     

光敏性溶胶-凝胶波导材料

采用有机改性硅酸盐制备了光敏性溶胶-凝胶,并应用四丙氧基锆作为调节折射率的材料.为了增加薄膜与硅片的粘附作用,先用干氧热氧化法在硅片上生长一层厚度约为150nm的SiO2,然后使用提拉法在硅片上提拉成膜,薄膜厚度达到3.6μm.研究发现紫外曝光时间和坚膜时的后烘温度都会使薄膜的折射率增大.样品的原子力显微镜照片表明薄膜的表面非常平整,在5μm×5μm的范围内表面起伏只有0.657nm.利用波导阵列掩膜版,对制备的薄膜在紫外光波段下曝光,得到了表面平坦、侧墙光滑、陡直的沟道波导阵列.     

HfO2-SiO2混合膜力学性能

利用离子辅助电子束双源共蒸发工艺方法,制备了SiO2掺杂含量分别为0、13%、20%、30%、40%和100%的六组HfO2-SiO2混合膜。采用纳米压痕法测量了不同组分混合膜的杨氏模量和硬度,并研究了混合膜杨氏模量和硬度随SiO2含量增长的变化规律。结果显示,随着SiO2含量增加,混合膜杨氏模量和硬度均减小,双组分复合材料并联模型可以较好地拟合杨氏模量随混合膜SiO2含量变化关系。为了解释混合膜力学性能随SiO2含量变化规律,对混合膜进行了XRD测试,研究了混合膜微观结构与杨氏模量和硬度的关系,发现结晶对硬度影响显著,对杨氏模量影响较小;用Zygo干涉仪测量了样品的面形,获得了薄膜残余应力随SiO2含量的变化规律,表明SiO2掺杂能减小HfO2薄膜压应力。     

高反射镜膜层应力耦合研究

为了控制高损伤阈值高反射镜膜层的应力,研究了沉积过程中沉积倾角、充氧量对高、低折射率单层膜应力大小的影响.研究发现这两个参数对控制薄膜应力有很大影响,SiO2薄膜在沉积倾角较小和充氧量增大时应力都逐渐减小,SiO2薄膜应力为压应力;HfO2薄膜在充氧量增大时薄膜应力变小,HfO2薄膜应力为张应力.因此,根据SiO2和H...     

热蒸发紫外LaF3薄膜光学常数的表征

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上,采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品,利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数,计算得到其在185～450nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明,当膜层厚度较薄时,LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加,薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后,拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好,提高了薄膜光学常数的计算精度。     

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。     

离子束增强沉积法制备二氧化铪薄膜

利用离子束增强沉积(IBED)技术在硅衬底上沉积得到50nm的二氧化铪薄膜.卢瑟福背散射(RBS)的结果指出样品表面有过量氧元素存在.X射线光电子能谱(XPS)显示退火前后薄膜内部化学键没有变化.透射电子显微镜(TEM)表明界面处有非晶铪氧硅化合物生成.电子衍射(ED)显示所制备的二氧化铪薄膜呈现长程无序、区域有序的多晶态.实验为HfO2作为高k电介质在集成电路制造中的应用提供了一种简单有效的方法.     

原子层沉积薄膜之激光损伤性能分析

采用目前尚在国内鲜有报道的原子层沉积技术在熔石英和BK7玻璃基片上镀制了TiO2单层膜、AlO3单层膜以及TiO2/Al2O3增透膜,沉积温度在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的测量.采用Nomarski微分干涉差显微镜和原子力显微镜对激光损伤...     

TFT-LCD阵列穿透率提升的研究

提高薄膜晶体管液晶显示器阵列基板的光利用效率的主要方法是提高开口率和穿透率。文章制作了低温多晶硅阵列穿透区多层膜,考察膜层以及结构对穿透率的影响,研究阵列光线穿透率提升的方法。结果表明,层间介质层（ILD）完成后不同折射率膜层接口对穿透率影响较大,平坦层（PL）的厚度对穿透率没有明显影响,导电膜氧化铟锡（ITO）厚度增加,穿透率下降。通过在阵列穿透区减少膜层数量和改变膜层组分,减少折射率差异较大的界面,可增加穿透率7%左右。     

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。     

Optical properties of PECVD dielectric thin films: thickness and deposition method dependence

Low-k dielectric carbon doped silicon dioxide films 105-1255 nm in thickness, prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in a six-station sequential deposition system and in a single deposition station, have been investigated for their optical properties using an optical spectrometer coupled with a hot stage. A decrease in refractive index, n, for films with six sub-layers compared with films with a single layer of similar thickness has been observed. This decreased refractive index is thought to be caused by the different effect of crystallinity of the substrate, as a film interface effect is introduced due to the different deposition methods. Both types of PECVD thin films show an increasing refractive index with increasing thickness, which could be attributed to the increased effective density with the increased thickness indicated from Fourier transform infrared spectroscopy microstructure analysis. Cauchy dispersion function is found to be valid for films within all the thickness range and with different deposition methods from visible spectrum to IR spectrum. The refractive index is found to decrease as the temperature increases from 25 to 450 °C at a fixed wavelength for all the films.     

Optical and Electrical Properties of TixSi1‐xOy Films

Ti_xSi_1xO_y (TSO) thin films are fabricated using plasma‐enhanced atomic layer deposition. The Ti content in the TSO films is controlled by adjusting the sub‐cycle ratio of TiO₂ and SiO₂. The refractive indices of SiO₂ and TiO₂ are 1.4 and 2.4, respectively. Hence, tailoring of the refractivity indices from 1.4 to 2.4 is feasible. The controllability of the refractive index and film thickness enables application of an antireflection coating layer to TSO films for use as a thin film solar cell. The TSO coating layer on an Si wafer dramatically reduces reflectivity compared to a bare Si wafer. In the measurement of the current‐voltage characteristics, a nonlinear coefficient of 13.6 is obtained in the TSO films.     

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。