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.     

硫化锌基底可见-红外多波段的光学薄膜

由于硫化锌(ZnS)晶体透光区域较宽,常被用于多波段可见与红外光学系统中。介绍了在ZnS基底上制备的多波段光学薄膜,在400~700nm的可见波段及8~12μm的中长波红外波段实现高透射率,在1064nm及1540nm两点实现高反射率,其入射角度为45°。选取了ZnS和YbF3作为高低折射率材料,设计并通过软件优化出合理的膜系,采用电子枪离子辅助沉积系统进行镀制。该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求。这对于红外光学系统的应用具有极其重要的意义。     

光学薄膜设计中的色散影响的考虑

本文以近红外干涉截止滤光膜为例,考察了ZnS、MgF_2薄膜色散对光学薄膜特性的影响.分别给出了光谱特性的理论计算曲线和实验曲线.比对结果表明:紫外—可见—近红外波段区,ZnS比MgF_2色散大.必需考虑ZnS的折射率随波长的变化;经过色散修正的光谱特性曲线与实验曲线基本吻合.     

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。     

光学薄膜的非均匀色散研究

本文从光学薄膜实际结构的理想模型出发,讨论了沿膜厚方向上的非均匀折射率及非均匀色散,提出了非均匀色散的可能模型,设计了非均匀色散的测量方法,并对ZnS薄膜进行了测量。文中给出了ZnS薄膜的测量与计算机计算结果,并对此进行了分析和讨论。     

热致漂白效应对非晶Ge34Ga2S64薄膜结构和光学特性的影响

采用热蒸发法技术沉积Ge34Ga2S64非晶薄膜,并对薄膜样品在375℃热处理2h。通过分光光度计、表面轮廓仪和显微拉曼光谱仪测试热处理前后薄膜样品的透过曲线、薄膜厚度和拉曼结构。利用薄膜干涉曲线的波峰和波谷计算了薄膜的厚度和折射率,并根据Swanepoel方法以及Tauc公式分别计算了薄膜折射率色散曲线和光学带隙等参数。结果表明,Ge34Ga2S64非晶薄膜经热处理后发生热致漂白效应,大分子团簇以及Ge-Ge、S-S同极错键含量明显减少,网络结构无序性降低,从而引起薄膜的光学吸收边蓝移、折射率降低、表面粗糙度(Ra)降低0.515nm和光学带隙增大0.118eV。     

膜厚对氧化钒薄膜结构和光学性质的影响

利用真空热蒸发在石英基片上制备了不同厚度的氧化钒薄膜, 研究厚度对薄膜的结构、形貌和光学特性的影响。薄膜的结构由X射线衍射(XRD)仪和拉曼(Raman)光谱仪测得, 表面形貌用原子力显微镜(AFM)观测。利用分光光度计测量薄膜的光学透射率, 并且采用Forouhi-Bloomer模型与修正的德鲁德(Drude)自由电子模型相结合的方法拟合透射率来确定薄膜的折射率、消光系数和带隙。结果表明, 热蒸发的氧化钒薄膜呈非晶态, 薄膜的主要成分为五氧化二钒, 且含有少量的二氧化钒。薄膜表面的颗粒粘结在一起, 随着薄膜厚度的增加, 薄膜表面粗糙度以及颗粒尺寸变小, 膜层表面平整度越来越好, 颗粒之间的空隙变小, 导致折射率随膜厚的增加而增大, 消光系数减小。另外, 随着薄膜厚度从200 nm增加到450 nm, 光学带隙从2.67 eV减小到2.45 eV。     

红外探测器光学系统滤光膜的研制

为了提高红外探测器的灵敏度,针对红外探测器元件滤光膜的技术要求,采用Si和YbF3的膜料组合,依据薄膜理论,设计干涉截止滤光膜,满足了3个波段对光学性能的要求,并且在实际制备过程中优化了工艺参数,包括温度、蒸发速率以及离子源辅助沉积参数。通过多次实验研究,对设备的本身误差进行分析修正,提高了膜层厚度控制精度,在蓝宝石基底上成功镀制了1 064 nm透射率为91.5%、1 200～2 900 nm平均反射率大于97%、3 000～5 000 nm平均透射率为93%的3波段干涉截止滤光膜,给出了综合测试结果和实测光谱曲线。     

锗薄膜在低温下的折射率研究

利用电子束蒸发方法在双面抛光的ZnSe基底上镀制单层Ge薄膜.在80 K~300 K温度范围内,采用PerkinElmer Frontier傅里叶变换红外光谱仪低温测试系统每20 K测量Ge单层在2~15 μm波长范围的透射率.采用全光谱反演拟合方法得到Ge单层在不同温度下的折射率.结果显示,Ge单层折射率均随波长增大而减小,且变化趋势基本相同.利用Cauchy色散公式对折射率波长色散关系进行拟合,得到Ge薄膜材料折射率温度/波长色散表达式为:n(λ,T)=3.29669+0.00015T+5.96834×10-6T2+0.41698λ2+0.17384λ4.最后,验证了Ge单层膜折射率温度/波长色散公式的准确性.     

氧化钕薄膜的红外光学特性

在稀土材料的光学特性研究中,薄膜光学特性的研究还很少见到。为此,我们测量了氯化钕、氧化钕薄膜的红外透射特性及其折射率,表明Nd_2O_3可作为一种高折射率、透红外的光学薄膜材料。鉴于NdCl_3粉末熔点比Nd_2O_3低得多,我们首先采用真空镀膜技术,用钼舟加热,在ZnS基片上蒸镀得到了NdCl_3薄膜。利用Perkin-Elmer红外分光光度计测定了它的红外     

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。     

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     

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．     

PbZr0.40Ti0.60O3非晶薄膜透射光谱性质研究

采用溶胶凝胶方法在石英玻璃上制备了均匀透明的PbZr0.40Ti0.60O3(PZT)非晶薄膜，测量了200-1100nm的紫外可见近红外透射光谱，根据经典的包络计算方法，同时获得薄膜在透明振荡区的折射率，消光系数以及厚度，薄膜的折射率色散关系可以通过单电子sellmeier振荡模型成功地进行解释。最后，根据Tauc's法则，得到PbZr0.40Ti0.60O3非晶薄膜的禁带宽度为3.78eV。     

基于原位共角椭偏与反射谱的TiO2薄膜光学常数分析

为了分析溶胶-凝胶法制备的TiO₂薄膜的光学常数,采用旋涂法制备了多层TiO₂薄膜,利用扫描电镜对表面形貌进行了分析,利用椭圆偏振光谱对薄膜的折射率色散和孔隙率进行了拟合分析,并利用原位共角反射光谱对拟合结果进行了验证,得到了TiO₂薄膜厚度、孔隙率和折射率色散曲线。结果表明,TiO₂薄膜厚度与旋涂层数成线性关系,薄膜孔隙率约为15%且与旋涂层数无关,New Amorphous色散模型可以较好地拟合溶胶-凝胶旋涂方法制备的TiO₂薄膜在1.55eV~4.00eV波段的椭偏光谱。该研究为溶胶-凝胶法制备的TiO₂薄膜的光学常数测量提供了参考。     

常见光学薄膜可见光谱区的色散

在讨论光学薄膜色散模型的基础上,对收集到的八种常见薄膜可见光谱内折射率色散的实测值,用统一的色散简化方程加以拟合,得到方程中各种薄膜的色散系数A、B,由此可利用色散简化方程去计算各种薄膜的色散.文中给出了八种薄膜的A、B,值及色散的理论计算曲线,并与其实测值进行了比较,结果是令人满意的.     

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。     

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.     

HfO2薄膜折射率非均质性生长特性研究

在加热的BK7基板上,采用电子束蒸发(EB)工艺制备了一系列不同厚度的HfO2单层膜,对HfO2薄膜生长过程中的折射率非均质性进行了研究。光谱分析表明薄膜非均质性与其厚度息息相关。X射线衍射(XRD)测试表明不同非均质性薄膜对应不同的微观结构;薄膜的微观结构主要由薄膜的生长机制决定。当膜厚较薄时,薄膜不易结晶,呈无定形态,此时薄膜呈正非均质性。如果沉积温度足够高,则薄膜达到一定厚度后开始结晶,此后薄膜折射率就会逐渐下降。随着薄膜继续生长,薄膜晶态结构保持恒定不再变化,非均质性也会因此保持不变达到极值。     

Investigation of the optical and structural properties of thermally evaporated cadmium sulphide thin films on polyethylene terephthalate substrate

Cadmium sulphide (CdS) thin films of different thicknesses ranging from 100 to 400 nm were prepared on polyethylene terephthalate (PET) substrates at room temperature by thermal evaporation technique in vacuum of about 3×10⁻⁵ Torr. The structural characterisation was carried out by X-ray diffraction (XRD). These studies confirm the proper phase formation of the cadmium sulphide structure. The root mean square (RMS) roughness of the films was measured using atomic-force microscopy. The root mean square roughness of the films increases as the film thickness increases. The energy gap of CdS on PET substrates was determined through the optical transmission method using an ultraviolet–visible spectrophotometer. The optical band gap values of CdS thin films slightly increase as the film thickness increases. The optical band gap energy was found to be in the range of 2.41–2.56 eV.