用模拟退火法确定MgF2薄膜折射率和厚度

研究了确定单层MgF2薄膜的物理厚度及其在深紫外/真空紫外波段折射率的方法.首先,利用钼舟热蒸发工艺在B270基底上制备了单层MgF2薄膜.然后,依据MgF2单层膜在不同入射角下的反射光谱,采用模拟退火方法确定了MgF2薄膜在170～260 nm波段的折射率和物理厚度,并与由椭圆偏振法确定的薄膜参数进行了比较.实验显示,采用模拟退火和椭圆偏振两种方法确定的MgF2薄膜厚度分别为248.5 nm和249.5 nm,偏差为0.4％;而用上述两种方法在240～260 nm波段确定的单层MgF2薄膜的折射率偏差均小于0.003.得到的结果证实了依据不同入射角下的反射光谱,用模拟退火方法确定MgF2薄膜厚度和折射率的可靠性.     

采用透明薄膜涂层使吸收基底的平行分量与垂直分量的复反射系数之比值倒置

在吸收基底上镀上一层折射率为N_1(在一定范围内)、厚度为d的透明薄膜,对于某一入射角φ,能使加膜基底的P与S偏振分量的复反射系数之比ρ=R_p/R_s是设膜基底时的ρ=R_p/R_s的倒数。本文叙述了确定φ、N和d关系的方法,以便在给定的基底和波长条件下,使ρ倒置(即ρ=1/ρ),并在6328A和10.6μm波长将此法分别应用于铝和银基底。还分析了倒置条件对入射角和膜厚误差的敏感性。ρ倒置膜层可应用于光束移动器(beam-displacer)或旋转三棱镜(axicon)中两金属反光镜中的一个,以便保持入射单色光的偏振态。     

极紫外宽带多层膜反射镜离散化膜系的设计与制备

极紫外(EUV)宽带多层膜的光谱性能对膜厚控制精度要求较高,仅由时间控制膜厚的镀膜系统难以满足其精度控制要求。本文提出了基于进化算法的宽带EUV多层膜离散化膜系设计方法,与传统膜系设计相比,离散化膜系所制备多层膜具有更为优良的EUV反射光谱性能。为验证离散化膜系设计在宽带EUV多层膜研制中的优越性,采用磁控溅射方法对具有离散化膜系的宽带多层膜反射镜进行了制备和测试。测试结果表明:研制的宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～17°,高于41%的反射率;研制的堆栈宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～18.5°,高于35%的反射率;研制的宽光谱多层膜反射镜可实现波长带宽为12.9～14.9 nm,高于21%的反射率。     

真空紫外波段Al膜保护层MgF_2的光学常数

由于Al膜的保护层MgF_2薄膜的光学常数对Al/MgF_2高反射镜的性能有极大的影响,本文研究了获取MgF_2薄膜光学常数的方法。用热舟蒸发的方法在室温B270基底上镀制了3块不同MgF_2厚度的Al/MgF_2反射镜样品,通过掠入射X射线小角反射方法表征样品,获得了膜层厚度和粗糙度。在国家同步辐射实验中心计量站测试了入射角为5°时,样品在105~130nm波段的反射率。在Al、MgF_2膜层的厚度和Al的光学常数已知条件下,依据菲涅尔公式,得出了满足某波长处样品反射率的等值曲线,然后从三条曲线的交点得出了MgF_2薄膜在108~128nm波段的光学常数。对比和分析显示:利用此方法得到的108~128nm波段MgF_2薄膜光学常数计算的反射率曲线和实际测试得到的反射率曲线吻合较好。     

eXTP望远镜用W/Si多层膜

针对增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP)项目中嵌套式聚焦成像望远镜对柱面镜片上W/Si多层膜的要求,在掠入射角为0.5°,工作波段为1~30keV条件下,设计了非周期W/Si多层膜并优化了薄膜制备工艺。首先,利用分隔板和掩模板对溅射粒子进行准直,同时优化了本底真空度和溅射工作气压,提升了薄膜的成膜质量;然后,通过调整分隔板间距和公转速率提升了在柱面基底上薄膜的沉积均匀性;最后,利用幂指数算法设计了非周期多层膜,并在北京同步辐射光源上进行了多能点反射率测试,得到了与理论设计基本吻合的测试结果。基于优化的制备工艺制备了周期数为80,周期为3.8nm和W膜层厚度占比为0.47的W/Si周期多层膜,其界面粗糙度仅为0.29nm,柱面镜薄膜厚度误差可控制在3%以内,基本满足了eXTP项目中嵌套式掠入射望远镜镜片用多层膜对于成膜质量、沉积厚度均匀性和能谱响应宽度的需求。     

薄膜应力的测定

本文介绍一种利用长焦距显微镜观察玻璃薄片由镀膜淀积引起的形变来测量薄膜应力的方法。对于该实验装置的几个主要结构部份、测量的原理及方法和提高测量精度所采取的主要措施作了较详细的描述。最后给出了在不同真空度和蒸发速率时硫化锌膜、氟化镁膜及硫化锌—氟化镁多层膜的应力分别随薄膜几何厚度而变化的实验结果。     

微米级硬膜软基系统在划痕试验中的破坏方式

通过磁控溅射方法在不锈钢基底上沉积了不同厚度的硬质钛-硅-氮膜、氮化钛膜、碳化钛膜和类金刚石碳膜,并进行了划痕试验.结果表明:微米级厚层硬质膜的划痕试验呈现相同的规律,即划痕边缘在全过程中出现破裂和脱落,划痕中部先出现膜层弯折破裂,继而出现薄膜部分脱离基底,最后完全脱离基体;而亚微米级厚度类金刚石碳膜的划痕试验在加载早期就同时出现划痕中部的薄膜破裂和脱离,随后出现全部脱离;声发射讯号尖峰的强度、频率与微米级硬质膜破裂和脱落的程度有很好的对应关系,而与亚微米级膜则无此对应关系.     

力学薄膜的多层化强化

采用多层膜系是进一步提高诸如TiN等力学薄膜性能的有效方法之一,综述了有关方面的研究情况,目前已经投入应用的各种氮化物薄膜是最简单的多层膜的原型,其内设的过渡层可改善膜/基附着力;多层膜性能与组层结构有关,适当的层间厚度（调制周期）可显著提高多层膜的力学性能,适当的亚层组合可获得同时兼具高硬度和良好韧性的力学薄膜。     

基于受抑全反射的碱金属气室镀膜厚度测量

针对原子自旋器件的碱金属气室镀膜层厚度的精确测量,提出了一种基于受抑全反射的膜层厚度测量方法。根据该方法搭建了膜厚测量系统,并进行了实验测试。分析了受抑全反射的基本理论和基于受抑全反射的膜厚测量原理,介绍了基于该方法的膜厚测量系统的构成及工作原理并分析了影响系统测量精度的主要因素和解决方案。通过分析和仿真激光器波长的波动、入射角变化以及折射率参数的不准确等对膜厚测量结果的影响评价了系统的性能。最后,利用该系统对镀膜样品进行了测量实验,并利用薄膜分析仪做了对比试验。实验结果表明:该方法的测量结果存在一个2.6nm左右的常值偏差,对其补偿后能够较为准确地对镀膜层厚度进行测量,测量精度接近1nm,基本满足碱金属气室镀膜质量检测的需求,且具有较高的稳定性和可靠性。     

钛合金人工心脏瓣膜瓣环表面TiN/Ti多层膜的制备与性能

为了提高钛合金人工心脏瓣膜瓣环TiO_2表面改性层的性能,利用非平衡磁控溅射技术在人工心脏瓣膜瓣环表面制备了具有不同调制周期(44,70,100 nm)的TiN/Ti多层膜过渡层;采用XRD、SEM、显微硬度计及摩擦磨损试验机研究了薄膜的物相组成、横截面形貌、硬度和耐磨性。结果表明:TiN/Ti多层膜由Ti和TiN相组成,当调制周期为100 nm时,TiN/Ti薄膜呈现明显的多层结构,具有高硬度和良好耐磨性;人工心脏瓣膜瓣环表面各个位置TiN/Ti多层膜的相结构及性能相同,可望应用于人工心脏瓣膜瓣环的TiO_2表面改性层的过渡层。     

多级触发脉冲电弧源技术制备掺氮ta-C薄膜的力学性能研究

多级触发脉冲电弧源技术指由前一级电弧放电引发后一级电弧放电的技术,具有高真空下工作、瞬时电流高达上万安培和有效过滤大颗粒等特点,因而非常适合于ta-C薄膜的制备。本研究通过在制备过程中引入氮气,在室温条件下制备了含氮ta-C薄膜。研究发现：当气压从本底真空升高至1.3×10^-2Pa时,膜层中的N原子分数从0%升至8.9%左右,随后不再随氮气分压的增加而呈现严格的增加关系。膜层中掺杂的N和C发生了化学反应,生成了sp²态和sp³态的C-N,膜层残余压应力明显下降,硬度略有降低。当沉积气压从3.7×10^-2Pa逐步升高至6.0×10^-1Pa时,虽然薄膜氮含量并未增加,但其sp²含量逐渐增多,sp³含量逐渐降低,导致膜层硬度和应力逐步降低。在氮原子百分比含量低于8.9%时,薄膜的摩擦因数在0.14～0.15之间,随后随着沉积气压的升高由0.15增长至0.5。最后在钛合金基体上制备了含氮ta-C薄膜,摩擦因数为0.14～0.15,综合性能优异...     

被致冷零件的红外透光膜

研究出锗透镜用的由类金刚石薄膜构成的透光膜和磁半导体尖晶石ＨｇＣｒ２Ｓｅ４用的由氧化钇和类金刚石薄膜构成的双层透光膜工艺。膜层具有良好的附着力，在８０Ｋ￣３００Ｋ温度范围内经受得住低温。     

在高温硝酸与丙烷蒸气环境中R60702工业纯锆的腐蚀行为

通过均匀腐蚀试验研究了R60702工业纯锆在高温硝酸和丙烷蒸气环境中的腐蚀行为。结果表明:R60702纯锆在260℃的硝酸与丙烷蒸气中的腐蚀速率极低,表面氧化膜较致密,厚度约为15μm;在430℃的硝酸与丙烷蒸气中的腐蚀速率较高,表面氧化膜厚度约为50μm,由外层疏松氧化膜和内层致密氧化膜组成,氧化膜中存在微裂纹,且部分氧化膜脱落;表面氧化膜均主要由单斜ZrO2和四方ZrO2组成;当温度为260℃时,致密氧化膜对基体起到保护作用;当温度为430℃时,氧化膜保护作用降低,氧化膜增厚并产生应力松弛,导致四方ZrO2转变为单斜ZrO2,氧化膜体积膨胀并产生微裂纹,裂纹扩展合并导致氧化膜脱落。     

衬底材料和溅射方法对CNx薄膜膜基结合力的影响

分别将W18Cr4V高速钢和YG8硬质合金作为衬底材料,用直流磁控溅射和射频磁控溅射法制备了CN。薄膜,用划痕法测定了薄膜和衬底材料之间的膜基结合力。结果表明：YG8硬质合金作为衬底材料时薄膜的膜基结合力较高;对YG8硬质合金衬底材料进行适当的腐蚀处理或溅射一层TiN中间层,薄膜的膜基结合力明显提高;对于两种衬底材料,射频磁控溅射法制备的薄膜膜基结合力明显高于直流磁控溅射法制备的薄膜。     

钢球表面制备复合碳基薄膜工艺研究

通过工装设计和工艺配合,在钢球表面制备非晶碳基薄膜,研究薄膜的结构、膜基结合力、摩擦学性能以及钢球表面制备非晶碳基薄膜的均匀性、表面粗糙度、膜层附着性和承载性。结果表明:薄膜由柱状的Cr N层和非晶态的碳基薄膜层组成;薄膜与基体之间的膜基结合力可达58 N;薄膜的摩擦因数较无膜基体降低80%,磨痕宽度减小约85%;在钢球表面制备的非晶碳基薄膜的均匀性较好,且能保持材料的纳米级光滑表面形貌,与基体的附着力能达到HF1级。经模拟工况测试可知,镀膜后钢球的抗压缩性能良好,完全满足使用需求。     

沉积参数对磁控溅射CrN_x膜结构和性能的影响

本文采用非平衡直流磁控溅射方法制备CrN_x薄膜,研究沉积参数对膜结构和性能的影响。结果表明沉积过程中增加N_2的分压,薄膜的组成由Cr_2N相转变成CrN相,膜的表面形貌也由胞状转化为正四面体。增加样品台的负偏压,沉积膜层更加致密,表面更加平坦。     

抗激光薄膜中空间电场分布的分析方法

本文提出一种新的计算抗激光膜中电场分布的综合性方法。该方法的一个突出特点是不要求计算膜系的反射率及膜层各界面的反射系数和透射系数,并且,应用该方法进行薄膜中电场分布的计算不但可以获得电场的平面分布状态,也可以获得薄膜中电场的三维空间分布状态。此方法在进行膜系中电场分布计算时具有简单性和通用性。     

用于快速测量透明固态及液态膜的激光装置

介绍了一种用快速测量透明膜厚度的激光装置,并进行了试验。其工作原理是基于薄膜反射对激光入射角的依赖关系。通过采用非球面光学系统,可使入射角产生变化。一次测量时间小于0.001s。利用这种装置可对薄膜厚度的不均匀性进行测量,并可对扩展的液态膜厚度动力学机理进行研究试验。这种激光装置的测量频率为每秒50次。     

基于等效层理论的薄膜滤光片中心波长消偏振膜系设计

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗,本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100GHz信道间隔滤光片膜系结构,实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析,计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率,实现了不同偏振光中心波长的对准。然后,根据等效层理论,设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比,本文提出的膜系结构更为简单,对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明:该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准,偏振光波长偏离度小于0.03nm,波长调谐范围能达到35nm。     

不同溅射功率下CdS薄膜磁控溅射法制备

采用射频磁控溅射的方法,以玻璃为基片衬底在50W、60W、70W、80W和90W条件下制备CdS薄膜,探究不同溅射功率对薄膜晶体结构、电学、光学性质和膜层厚度的影响。实验结果表明溅射功率对薄膜的结构性质有显著的影响。XRD图谱表明制备的硫化镉薄膜为纤锌矿六方晶体结构,并且沿H(002)晶面择优生长。随着溅射功率的增大,H(002)衍射峰先升高再降低,薄膜晶粒尺寸先逐渐增大再减小。当功率为80W时,衍射峰最高并且半高宽最窄,结晶程度最好,晶粒尺寸最大。膜层厚度随着功率的增大而不断增加,呈现近似线性的关系。但功率过大时入射粒子会损伤膜层,导致薄膜结晶质量下降。CdS薄膜的暗电导率随着功率的增大,整体上呈现先增加后减小的趋势。