类金刚石薄膜的结构与光学性能研究

一、前言 类金刚石碳膜(Diamond-Like Carbon Films)是国际上70年代发展起来的一种新型薄膜材料。由于该薄膜具有坚硬耐磨、电阻率和热导率高、化学性能稳定、光学透明等类似于金刚石的特性,因此,自1971年美国人Aisenberg首先发表有关类金刚石碳膜的研究论文后,引起了世界各国的浓厚兴趣。与金刚石薄膜相比,类金刚石薄模有以下3个特点:(1)制备方法比较简便,成本较低,沉积温度低,在二、三百摄氏度以下;(2)沉积膜的微观表面光滑;(3)依赖膜的组分和结构,其性质可在很宽的范围内变化。例如,根据所采用的气源种类等因素的不同,折射率可在1.7～2.9之间变化。这些优点表明:类金刚石薄膜特别适用于作光学零部件的增透膜和保护膜。类金刚石薄膜的性质由其结构所决定,而结构又与制备方法和制备条件有关。因此,研究类金刚石薄膜的性质、结构和沉积工艺间的关系是非常重要的课题。 二、试验方法 改装GDM-300BN型高真空镀膜机。采用平板型阴阳极平行安装,屏蔽的阴极水冷并接13.56MHz射频电源功率极,阳极与真空罩相连并接地。Ar、CH_4、C_2H_2气体流量由质量流量计控制,直流负偏压大小用WYG-30B高压速调管电源调节,设备示意如图1所示。衬底材料为单晶硅和锗。沉积时将丙酮清洗后的样品置于功率     

薄膜生长的计算机模拟

薄膜技术在现代科技领域中有着广泛的应用。人们对薄膜的生长过程通过理论和实验进行了深入的研究，其中计算机模拟是重要的方法，本文概述了对薄膜生长过程的实验观察结果及其理论分析，主要讨论了薄膜生长的计算机模拟中经常采用的方法-蒙特卡罗法和分子动力学方法、描述衬底上成膜粒子运动的一些模型以及在计算机模拟中需注意的一些问题，其中主要包括粒子间的相互作用，入射粒子的能量和粒子上的衬底上的扩散运动。     

四方晶相HfO_2在(100)和(001)方向上光学特性的理论计算

文章采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了四方晶相Hf0_2的电子结构.经带隙校正后,计算了四方晶相Hf0_2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、吸收光谱以及反射光谱.计算结果表明四方晶相Hf0_2在(100)和(001)方向上具有明显的光学各向异性,并且具有从紫外到红外的透明区域.文中计算结果与其它文献报道的计算结果及实验值都吻合较好,由此说明采用密度泛函理论的广义梯度近似来计算HfO_2材料的光学特性是可信的.     

锗衬底上锥形二维亚波长结构的制备

为了在Ge衬底上制备出锥形二维亚波长结构,文章研究了紫外接触式光刻工艺和反应离子刻蚀工艺对光刻及刻蚀图形的影响。结果发现:由于紫外光的衍射效应,光刻胶图形顶部出现了凹坑,使其有效抗蚀厚度减小,提高光刻胶图形的有效抗蚀厚度,能有效增加最大刻蚀深度;在设计上适当增大掩膜版图形尺寸,即占空比f要略大于理论设定值,可以弥补后续刻蚀过程占空比的缩小;在刻蚀气体SF6中掺入一定量的O2可明显提高Ge的刻蚀深度;降低横向刻蚀速率,从而有利于制备出锥形浮雕结构。     

CVD-ZnS中与锌有关的晶体缺陷及其对光学性能的影响

采用化学气相沉积（ＣＶＤ）法制备了红外晶体ＺｎＳ块材料。用氩气作为载体，反应气体为硫化氢和锌蒸气。ＸＰＳ，ＩＲ及能谱分析表明：当沉积温度低于锌蒸发温度时，生成的ＺｎＳ中与锌有关的晶体缺陷有Ｚｎ—Ｈ功能团及存在于花瓣状形态中心的锌微粒夹杂；当沉积温度高于锌蒸发温度时，锌微粒夹杂消失，且随沉积温度的升高Ｚｎ—Ｈ含量减少，Ｚｎ—Ｈ对红外光在６．２μｍ波长处的吸收峰减弱，使生成的ＺｎＳ具有高的红外透过率。     

金刚石镀氧化钇增透膜系的设计与研究

为了提高金刚石的红外透过率,根据光干涉膜基础理论对薄膜增透进行了设计,获得了增透膜系的相关参数,并采用非规整设计中的彻底搜索法对所设计的膜系进行了增透效果分析.结果表明,在金刚石衬底上单面和双面镀Y_2O_3膜系后,透过率有明显提高.Y_2O_3膜系是性能优异的金刚石红外光学材料增透膜.     

沉积参数对ZnS体材料红外透过率的影响

采用低压化学气相沉积法系统研究了Ｈ２Ｓ／Ｚｎ流量比、沉积温度、沉积速率及衬底材料对ＺｎＳ体材料红外透过率的影响规律，在本实验研究的条件下认为采用低的Ｈ２Ｓ／Ｚｎ流量比及低的沉积速率，适宜的沉积温度可以提高ＺｎＳ的透过率。同时高沉积温度及高Ｈ２Ｓ／Ｚｎ流量比可减少ＺｎＳ对波长６．２μｍ光的吸收。在优化的工艺下获得了高红外透过率的ＺｎＳ体材料。     

类金刚石碳膜热稳定性的研究

研究了退火对类金刚石碳膜结构和性能的影响.结果表明:低于400℃退火对膜的结构、电阻率、硬度无明显影响;高于400℃退火,由于膜中氢原子的逸出,非晶碳将转变为石墨微晶,从而导致电阻率急剧下降;在400～700℃温度范围退火后,膜的硬度仍无明显变化.     

紫外压印长波红外亚波长结构的涂胶工艺研究

采用旋涂法进行了Si表面紫外固化胶涂布研究,并压印出了长波红外亚波长结构图形。用激光共聚焦显微镜观察了旋转涂布胶层的表面形貌,测量了表面粗糙度(Ra);用椭圆偏振仪测试了胶层厚度,扫描电子显微镜观察了压印图形的表面形貌,并用扫描探针显微镜测量了压印图形的结构高度。结果显示:当匀胶转速较小(如300r/min)时,胶层中不会产生气泡及针孔等缺陷,胶层的Ra小,但胶层均匀性差;提高转速可以改善胶层均匀性,但同时胶层中会产生大量气泡和针孔等缺陷,且它们不会随匀胶时间的延长而消除。文中提出用四转速匀胶法来同时解决胶层均匀性和膜层气泡等问题,获得的胶层无气泡,Ra为317nm时与Si衬底表面相当(324nm),均匀性(最小厚度值与最大厚度值之比)为89.17%,胶层平均厚度为626nm。结果表明:四转速涂胶法获得的胶层满足紫外压印长波红外亚波长结构的要求,压印的图形均匀、完整、保真性好。     

靶材溅射及溅射原子输运的计算机模拟

用软件SRIM及蒙特卡罗法综合模拟了靶材溅射及溅射原子输运的过程。模拟结果包括溅射原子输运到衬底时的能量、入射角和入射位置。由模拟结果知,溅射原子输运主要受P×d影响(P为真空室气压,d为靶基距),P×d愈大输运到衬底的溅射原子愈少,且能量愈小;溅射原子到达衬底时,能量集中在几电子伏范围内,且在能量很低的区域有分布峰;角度分布主要集中在垂直方向,这与从靶面出射时的分布相似,但垂直方向的分布有所减小;位置分布与从靶面出射时相比,分布范围在径向扩大、趋于均匀化,但主要在靶直径范围内。