ZrO2薄膜微结构及其抗激光损伤特性研究

通过分析ZrO2薄膜电子束沉积时氧压、衬底转动及温度对薄膜相结构、晶粒尺寸和粗糙度的影响,对ZrO2薄膜微结构特性与抗激光诱导损伤性能的关系进行了研究.ZrO2薄膜衬底无转动沉积时晶体以四方相为主,而转动沉积时形成具有较高激光损伤阈值的单斜相结构.薄膜晶粒尺寸和粗糙度均随氧压的升高而减小,四方相受氧压影响变化明显高于单斜相,氧压的继续升高使多晶形态向非晶形态逐渐转变.多晶结构的损伤阈值随着晶粒尺寸的减小而增高,薄膜表面粗糙度随着沉积温度的升高略有增加,且多晶结构的损伤阈值明显要高于非晶结构,ZrO2薄膜损伤阈值(E)与粗糙度(σ)基本符合关系:Eσα=β(α=1.41,β=2.25).     

高能激光器中晶体薄膜的研究与特性分析

介绍了用于大功率YAG激光器以及中红外激光器中晶体光学薄膜的用途、特性和制备方法。利用计算机膜系优化软件对膜系进行设计后,得到了损耗小、利于制备、重复性好的膜系结构。为了详细说明,以YAG板条晶体和ZnGeP2晶体为例,讨论了晶体不同工作表面薄膜在研究与镀制过程中的潮解、吸收以及污染等主要技术问题。通过特性测试和激光损伤试验对比,验证了以APS离子源辅助沉积的膜层损伤阈值增加,附着力增强,机械强度和环境稳定性得到了明显改善。目前相关的晶体薄膜应用在两种高能激光器中分别达到了16 kW/cm2和5 kHz下     

三种不同后处理方式对ZrO2薄膜性能的影响

采用有氧热处理、激光预处理和离子后处理三种方式对电子束蒸发(EBE)制备的单层ZrO2薄膜进行了后处理,并分别对样品的光学性能和抗激光损伤阈值(LIDT)特性进行了研究.实验结果表明,热处理方式可以有效排除膜层内吸附的水气,弥补薄膜制备过程中的氧损失,使得光谱短移、吸收减小、损伤阈值增高;激光预处理过程可以在一定程度上减少缺陷、提高损伤阂值,但对膜层的光谱和吸收情况没有明显的改善作用;而离子后处理能够提高膜层的堆积密度、减少缺陷、降低吸收从而提高损伤阚值.由于三种方式处理机制不同,在实际应用中应根据膜层的性能选择合适的处理方式.     

近阈值能量密度下薄膜的激光损伤特点

采用毫米量级大光斑的近单模的激光器,控制入射薄膜表面的激光能量,获得了几种常见单层膜和增透膜的损伤形貌,实验结果表明,薄膜的损伤可区分为熔化型和应力型两种,薄膜表面等离子体对损伤斑点的扩大有重要作用。     

近阈值能量密度下薄膜的激光损伤特点

采用毫米量级大光斑的近单模的激光器 ,控制入射薄膜表面的激光能量 ,获得了几种常见单层膜和增透膜的损伤形貌 ,实验结果表明 ,薄膜的损伤可区分为熔化型和应力型两种 ,薄膜表面等离子体对损伤斑点的扩大有重要作用。     

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。     

影响1.06μm光学薄膜激光损伤因素的实验研究

本文对光学薄膜淀积过程中真空室的真空环境对薄膜激光损伤的影响了理论与实验方面的分析，对分子泵，扩散泵真空系统及扩散泵＋离子束辅助淀积（ＩＡＤ）制备出的膜系样品所进行的损伤实验表明，分子泵系统制备出的薄膜显示出较高的损伤阈值。     

650nm反射10.6μm透射的薄膜干涉滤光片

针对波长为650nm和10.6μm的激光器,选用了ZnS和YbF<,3作为膜料,采用离子辅助沉积技术,在多光谱ZnS基底上制备了650nm反射10.6μm透射的薄膜干涉滤光片.通过对膜系设计和优化工艺参数的研究,解决了膜层牢固性,改善了薄膜的激光损伤阈值,并给出了综合测试结果和实测光谱曲线.     

PLD法在不同氧分压下制备ZnO薄膜的XPS分析

在不同氧分压下用脉冲激光沉积法(PLD)在n型硅(111)衬底上生长ZnO薄膜,对薄膜进行了X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析,研究了氧分压对所制薄膜结晶质量的影响.结果表明,当氧分压为0.13 Pa时,Zn 2p和O1s态电子的结合能较大.随着氧分压的增加,Zn 2p和O1s态电子的结合能变小,说明更多的Zn原子和O原子产生了结合.氧分压为6.50 Pa时,所制ZnO薄膜的XRD衍射峰半高宽最小,其Zn、O粒子数比最接近化学计量比,说明在此氧分压下生长的ZnO薄膜结晶质量最好.     

单层SiO2和ZrO2薄膜激光辐照损伤的对比

分别采用物理气相沉积和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了4块光学厚度相近的SiO2和ZrO2单层膜.分别采用椭偏仪、透射式光热透镜和原子力显微镜对两类薄膜的孔隙率、热吸收和微观表面形貌进行了表征;利用Nd:YAG激光器测试了样品的激光损伤阈值(LIDT;1064 nm/8.1 ns),并用光学显微镜观察了两类薄膜的损伤形...     

氧分压对纳米ZnO薄膜光致发光特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射仪及荧光分光光度计研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光致发光特性的影响.结果表明,当工作气压恒定时,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量.对样品进行光致发光测量时,所制备ZnO薄膜样品在400 mm左右出现较强紫光发射,在446 nm出现蓝光发射,经分析认为紫光发射来源于激子复合,而446 nm左右的蓝光发射来源于ZnO薄膜内部的Znj缺陷.     

不同氧气分压下的MOCVD法氧化锌薄膜生长

采用金属有机化学气相沉积方法,在不同氧气分压下,对硅衬底氧化锌薄膜材料生长做了研究。X-射线衍射方法对氧化锌薄膜的结晶质量做了比对测试。测试结果表明薄膜是沿着(002)方向生长。利用光荧光谱测试分析,对薄膜的发光特性做了研究,研究发现随着氧气分压增大,薄膜的紫外发光峰增强。通过原子力显微镜测试,对薄膜的表面形貌做了观察,发现结晶颗粒的平均粗糙度、均方根,以及平均直径随着氧气分压的增大呈现逐渐变小的趋势。     

氧分压对ZnO薄膜结构与光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同氧分压下制备了ZnO薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)仪、荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计对样品进行检测.实验表明,氧分压对ZnO薄膜的结构与光学性能影响很大.在样品的光致发光谱中,均只发现了520 nm附近的绿色发光峰,该峰随着氧分压的增大而增强.不同氧分压制备的ZnO薄膜中,氧分压为0.25Pa的样品结晶性能最好,透过率最高.     

氧分压对HfOxNy薄膜结构和光学性能的影响

用磁控反应溅射法在不同氧分压下制备了氮氧化铪薄膜.沉积过程在氧气、氮气和氩气的气氛中进行,衬底为多光谱ZnS,沉积温度为室温.用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计等分别研究了不同氧分压下HfOxNy薄膜的晶体结构、显微结构、光学性能等.XRD分析表明随着氧分压的降低,薄膜的晶体结构由氧化铪转变为氮氧化铪相;SEM和AFM分析表明不同氧分压下沉积的薄膜都为柱状结构,氧分压较低时薄膜表面粗糙度较大;镀膜之后,在0.35～2μm范围内,薄膜的透过率变化有显著差异,在2～12μm波段,薄膜透过率和未镀膜衬底透过率相当,变化不明显.     

氧分压和沉积速率对YSZ薄膜残余应力的影响

采用摩尔分数为7%的Y2O3掺杂的ZrO2混合烧结料为原料,在不同的氧分压和沉积速率下用电子柬蒸发方法沉积氧化钇稳定氧化锫(YSZ)薄膜样品.利用ZYGO Mark Ⅲ-GPI数字波面干涉仪对YSZ薄膜的残余应力进行了研究,讨论了氧分压和沉积速率等工艺参量对残余应力的影响.实验结果表明,不同氧分压和沉积速率下,YSZ薄膜的残余应力均为张应力;应力值随氧分压的升高先增大后减小,随沉积速率的增加单调增加.热应力对薄膜所呈现的张应力性质起着决定性作用,同时应力值的大小受本征应力和附加应力的影响.通过对样品的X射线衍射(XRD)测试,结合薄膜微结构的变化,对应力的形成原因进行了解释.     

氧分压对溅射氧化钒薄膜结构和透光性能的影响

采用射频磁控溅射法,在K9抛光玻璃基底上沉积氧化钒(VOx)薄膜,研究在其他参数保持不变时氧分压参量对薄膜的结构、表面质量及透光性能的影响。利用表面轮廓仪、X射线衍射仪、原子力显微镜及分光光度计分别对样品的沉积速率、物相结构、表面形貌和紫外-近红外光透射率进行分析。结果表明,制备的VOx薄膜的晶相随氧分压不同发生改变,调整氧分压在可见-近红外光区域可获得弱吸收的光学膜,但氧分压过高只能获得低的薄膜沉积速率,氧分压对薄膜表面粗糙度及晶体生长模式也有不同程度的影响。本文对实验结果进行了分析和讨论。     

氧分压对脉冲激光沉积SrTiO_3薄膜性质的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法在不同氧分压下于LaAlO3(100)基片上成功制备了SrTiO3(STO)薄膜。通过测试,表征了薄膜的微观结构、表面形貌和光学特性。研究表明,对于利用PLD法制备STO薄膜,氧分压是重要的工艺参数。随着氧分压的降低,薄膜的结晶性变好,并发生由立方晶系到四方晶系的形变;氧分压升高,薄膜晶粒尺寸变大、数目变少,薄膜的厚度减小。薄膜在400~2500 nm的可见光和红外波段呈现较低的光学吸收。在5,10和15 Pa氧压下制备的STO薄膜的能隙宽度分别约为3.84,4.13和4.05 eV。这为STO薄膜进一步的制备与分析提供了良好的实验数据支持。     

ZrO2/SiO2双层膜膜间渗透行为初步研究

用溶胶-凝胶技术,采用提拉镀膜法在K9玻璃基片上镀制了ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜,研究了这两种膜层之间的渗透问题。用X射线光电子能谱仪(XPS)测量了薄膜的成分随深度方向的变化,用反射式椭偏仪对X射线光电子能谱仪测得的实验结果进行模拟与验证。结果表明,用X射线光电子能谱仪测得的实验结果建立的椭偏模型,模拟出来的椭偏曲线和用椭偏仪测量出来的椭偏曲线十分吻合;对于ZrO2/SiO2双层薄膜,膜层间的渗透情况不是很严重,在薄膜界面处薄膜的成分比变化非常明显,到达一定深度后薄膜的成分不再随深度的变化而变化;SiO2/ZrO2双层膜膜层界面间的渗透十分严重,渗透层的深度比较大,底层几乎发生了完全渗透。     

氮气分压对氮化硼薄膜场发射特性的影响

利用射频磁控溅射方法 ,真空室中充入高纯N2 (99.99% )和高纯Ar(99.99% )的混合气体 ,在n型 (10 0 )Si基底上沉积了氮化硼 (BN)薄膜。红外光谱分析表明 ,BN薄膜结构为六角BN(h -BN)相 (1380cm-1和 780cm-1)。在超高真空 (<10 -7Pa)系统中测量了BN薄膜的场发射特性 ,发现沉积时氮气分压的变化对BN薄膜的场发射特性有很大影响。随着氮气分压的增加 ,阈值电场逐渐升高 ,这是由于表面粗糙度的变化造成的。充入 10 %N2 情况下沉积的BN薄膜样品的场发射特性较好 ,开启电场为 9V/μm ,当电场升高到 2 4V/μm ,场发射电流为 32 0 μA/cm2 。所有样品的场发射FN曲线均近似为直线 ,表明电子是通过隧道效应穿透BN薄膜表面势垒发射到真空的