193nm薄膜激光诱导损伤研究

概述了193nm薄膜激光诱导损伤的研究进展.通过对紫外到深紫外波段几种典型薄膜损伤形貌的介绍,对比分析了193nm薄膜激光诱导损伤的可能原因.指出在该波段的氧化物薄膜损伤中,吸收是导致薄膜大块损伤的重要因素,而氟化物的薄膜损伤则是由沉积过程的膜层局部缺陷造成.根据薄膜样品的损伤分析表明,薄膜的某些制备参量与激光损伤阈值...     

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。     

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.     

基于Zn2SiO4：Mn的紫外探测薄膜的研制

由于紫外光对硅层的透射深度小于2nm,所以传统的光电探测器件并不响应紫外光。为了增强传统的光电探测器件在紫外波段的探测能力,实用的方法是在传感器光敏面镀上“紫外一可见”变频薄膜,将紫外光转化为可见光。实验用“旋涂法”在石英基底上生成ZnzSiO4：Mn紫外探测薄膜,并对其透射光谱、吸收光谱、激发光谱与发射光谱等光学性质进行测量分析。实验测得薄膜在300nm以下透过率极低,在300nhm以上透过率很高且平稳;对300nm以下的光具有很强的吸收,对300nm以上的光吸收很弱且很平稳;激发峰在265nm,发射峰在525nm,即能将紫外光转化为可见光。实验结果表明薄膜不仅能将紫外光转化为可见光,实现传统光电探测器件的紫外探测。而且在增强紫外响应的同时不削减其他波段的响应,是一种适用于增强光电图像传感器紫外响应的紫外增强薄膜。     

紫外固化系统热辐射滤光膜的研制

为了降低紫外固化系统光源的热辐射,根据光学薄膜理论,以HfO_2、AlF_3和Cr作为镀膜材料,采用反射与吸收相结合的结构,设计了紫外高反射、可见/近红外高吸收的滤光膜。通过在基底和膜系之间增镀Al膜作为过渡层,提高了薄膜的牢固性。通过优化工艺参数,研制了220~400nm波段平均反射率为90.6%、420~2000nm波段平均吸收率为92.4%的滤光膜。     

硼化镧薄膜的发射特性研究

LaB6阴极凭借其优良的发射特性已广泛应用于各种大电流密度的电子源，但是硼化镧薄膜的制备方法以及其发射特性还未得到深入的研究，本文对在Ta金属基底材料上使用电子束蒸发法得到的硼化镧薄膜表面型貌使用扫描电子显微镜进行了观测，使用XPS紫外光电子能谱仪测量了其原子比，薄膜显示出良好的发射特性，利用热发射测量逸出功，利用Richardson直线法计算得到薄膜材料的逸出功为2．64eV。     

TiO2薄膜紫外探测器的光电特性

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),在Si衬底上生长了TiO2纳米薄膜,并用此材料制备了光电导型的TiO2薄膜紫外光探测器.通过测量探测器的光电流与照射光波长的关系,可以看出,TiO2探测器在紫外波段230～280nm有很明显的光响应,光电流谱线近乎平坦;在280nm处光响应出现明显下降,且跨度较大,直至360nm又再次趋于平坦.测量了250nm波长处的响应度和外加偏压的关系,发现响应度随外加偏压的增加而增加,5V时达到饱和.     

TiO2薄膜紫外探测器的光电特性

采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel），在Si衬底上生长了TiO2纳米薄膜，并用此材料制备了光电导型的TiO2薄膜紫外光探测器．通过测量探测器的光电流与照射光波长的关系，可以看出，TiO2探测器在紫外波段230～280nm有很明显的光响应，光电流谱线近乎平坦；在280nm处光响应出现明显下降，且跨度较大，直至360nm又再次趋于平坦．测量了250nm波长处的响应度和外加偏压的关系，发现响应度随外加偏压的增加而增加，5V时达到饱和．     

不同工艺条件下TiO2单层膜的吸收和损伤阈值测试

利用电子束热蒸发技术在不同氧分压和烘烤温度下镀制了一系列TiO2单层膜,采用表面热透镜技术测量了样品在1064nm处的弱吸收值,并用激光损伤测试平台测量了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)特性。实验结果表明较高的氧分压和较低的烘烤温度能显著减小薄膜的吸收值。不过薄膜在基频下的损伤阈值除了受到薄膜吸收值的影响外,还取决于基底表面的杂质密度,当薄膜吸收较大时,本征吸收对损伤破坏起到主要作用;随着薄膜的吸收逐渐减小,基底表面处的缺陷吸收逐渐取代本征吸收成为影响薄膜损伤阈值的主导因素。     

脉冲激光沉积法制备氧化锌薄膜

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优良的晶格、光学和电学性能,其显著的特点是在紫外波段存在受激发射。利用脉冲激光沉积法(PLD)在氧气氛中烧蚀锌靶制备了纳米晶氧化锌薄膜,衬底为石英玻璃,晶粒尺寸约为28-35 nm。X射线衍射(XRD)结果和光致发光(PL)光谱的测量表明,当衬底温度在100-250℃范围内时,所获得的ZnO薄膜具有c轴的择优取向,所有样品的强紫外发射中心均在378-385 nm范围内,深能级发射中心约518-558 nm,衬底温度为200℃时,得到了单一的紫外光发射(没有深能级发光)。这归因于其较高的结晶质量。     

深紫外飞秒激光脉宽测量

为准确测量193 nm深紫外飞秒激光的脉冲宽度，基于氟化钙的双光子荧光效应，设计并搭建了用于紫外飞秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的可靠性。利用插入法进行了CCD探测系统的数值标定，获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下，得到193 nm深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs，与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。     

基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术,采用157nm激光微加工系统,对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工,以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系,分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理,并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知,157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程,适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2,重复频率10Hz～20Hz,扫描速率0.15mm/min;在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明,通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。     

一种Rb蒸气对窄线宽780nm激光吸收率和吸收峰的测量方法

为了消除Rb蒸气室窗口内表面未镀膜引起的吸收率测量误差,本文提出采用差分吸收的方法准确测量高气压缓冲气体下Rb蒸气对780nm激光的吸收率,参考光源为787nm单管半导体激光器(LD)。吸收峰的测量,则通过观察780nm激光通过Rb蒸气室后激光光谱出现的凹陷确定。采用本文方法对充有252.5kPa He气和50.5kPa CH4缓冲气体的Rb蒸气的吸收率和吸收峰进行了测量,验证了该方法具有较高的测量精度。     

激光雷达测距系统中滤光片的制备

针对激光雷达测距系统的使用要求,通过对镀膜材料的光学特性、膜系设计和监控方法的分析,优化工艺参数,采用电子束真空镀膜的方法,同时加离子辅助系统,选用TiO2和SiO2氧化物硬质薄膜材料在HB830颜色玻璃基底上镀制窄带滤光膜.用maclod灵敏度算法分析膜层的相对灵敏度,减小厚度监控误差,改进制备工艺过程,寻求膜系的最佳控制方法.所镀膜层在垂直入射的条件下,905 nm波长的透过率达86%以上,半峰值宽度为23 nm,并且通过提高膜厚控制精度解决了中心波长漂移、膜层吸收等问题.该膜层能够承受激光光源的照射,抵御恶劣的使用环境.     

1064nm和355nm激光扫描刻蚀覆铜板工艺及质量研究

为了研究不同纳秒激光工艺参量（波长、能量密度、扫描速率）以及铜层厚度对激光刻蚀覆铜板质量（包括刻蚀深度及加工面粗糙度）的影响,采用50W的1064nm红外光纤激光器和10W的355nm紫外固体激光器对覆铜板进行了对比刻蚀实验。通过分析红外、紫外激光刻蚀覆铜板材料的作用机理并对比实验结果得知,采用1064nm红外光纤激光作为激光光源时,设置合适的刻蚀参量,能在完全去除铜箔层的条件下,最大限度地保证环氧树脂基底的完整性;而采用355nm的紫外激光作为激光光源时,因环氧树脂材料对紫外波段激光的高吸收率,以及紫外激光对有机材料的光化学作用,基底材料的损伤难以避免,此外,红外光纤激光具有较高的刻蚀效率。结果表明,综合光纤激光器高稳定性和高集成度的特点,若激光直接刻蚀技术被用于大规模覆铜板的工业加工中,红外光纤激光将更具优势性。     

离子束溅射宽带吸收薄膜设计与制备技术研究

Si薄膜在可见光和近红外波段具有一定的吸收特性,可用于宽带吸收薄膜的制备。采用离子束溅射技术,在熔融石英基底上制备了不同沉积工艺参数的Si薄膜,基于透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法,计算了Si薄膜的光学常数,并研究了氧气、氮气流量对其光学特性的影响。选择Si和Ta2O5作为高折射率材料、SiO2作为低折射率,设计了吸收率为2%和10%的宽带（1 000~1 400 nm）吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了宽带吸收薄膜,对于A=2%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为2.12%、2.15%和2.22%;对于A=10%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为9.71%、8.35%和9.07%。研究结果对于吸收测量仪、光谱测试仪等仪器的定标具有重要的作用。     

氢气放电无窗输出型光CVD非晶、微晶硅薄膜

采用氢气作为无窗输出型真空紫外辐射源的工作气体,产生的高能光子(如真空紫外光)可以直接分解SiH_4或SiH_4+BF_3混合气体,以制备氢化非晶硅(a-Si∶H)和掺硼氟化微晶硅(μc-Si∶F∶H(B))薄膜.测量表明,薄膜具有类似于通常辉光放电或汞敏化紫外光CVD制备的薄膜的结构和电学特性,掺氟化硼后晶化温度可低至200℃.文中对真空紫外光CVD的光解机理以及薄膜的特性进行了初步的探讨.     

激光消融对角膜细胞的影响

本文用计算机图像定量分析308nm准分子,193nm准分子和2.94μm Er∶YAG激光分别照射角膜后,角膜上皮细胞和内皮细胞的形态变化。结果表明:308nm激光对角膜上皮细胞有明显损伤;193nm对再生的上皮细胞无明显影响,而2.94μm对上皮细胞无影响。但若使用2.94μm激光能量密度过高或切削过深,则对内皮细胞有影响。     

钬激光器用高反膜的制备及其工艺研究

采用红外石英作为基底材料,利用SiO2/ZrO2膜系制备2100nm波段钬激光器0°高反膜。提出一套完整的优化工艺,解决了薄膜的材料(膜料和基底)本身的水吸收,克服了薄膜表面光洁底差、散射吸收损耗大、容易破裂等问题,镀制出的薄膜在激光使用波长透射率小于0.1%,粗糙度小于1nm,并且具有长期稳定性好,可靠性高等特点。     

用于全固态355 nm紫外激光器的三波长高反膜

为了提高激光损伤阈值,采用离子束辅助电子束成膜的方法制备具有355,532,1064 nm三个波长的高反膜.首先使用Lambda950型分光光度计对薄膜样品的光谱性能进行测试,然后验证不同的基底材料及不同的基底清洗工艺对薄膜激光损伤阈值的影响,最后在不同的工作真空度下对薄膜的弱吸收能力和激光损伤阈值等进行较为系统的研究,分析薄膜的弱吸收能力与激光损伤阈值之间的联系.结果 表明,三个波长下的反射率均满足全固态355 nm紫外激光器所要求的光学性能指标,当工作真空度增加到一定程度时,薄膜的激光损伤阈值与弱吸收值不再是对应的关系,而是存在一个最佳值,说明该高反膜可以用于全固态355 nm激光器中的反射镜.