沉积温度对热舟蒸发MgF2薄膜性能的影响

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1、万方数据第20卷第3期2008年3月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSV01．20，No．3Mar．．，2008文章编号：1001·4322(2008)03一0396一05沉积温度对热舟蒸发MgF2薄膜性能的影响。尚淑珍1，赵祖欣1，邵建达2(1．华东理工大学机械与动力工程学院承压系统安全科学教育部重点实验室，上海200237I2．中国科学院上海光学精密机械研究所。上海201800)摘要：采用热舟蒸发方法沉积了氟化镁(MgF2)材料的单层膜，沉积温度从200℃上升到350℃．间隔为50℃．测量了样品的透射率和反射率光谱曲线，进行了表面粗糙度的

2、标定。并在此基础上进行了光学损耗及散射损耗的计算。同时对355nrfl波长处的激光诱导损伤阈值进行了测量。结果表明：随着沉积温度的升高，光学损耗增加；在短波长范围散射损耗在光学损耗中所占比例很小，光学损耗的增加主要由吸收损耗引起l在355nnl波长处的损伤阈值变化与吸收损耗的变化趋势相关，损伤机制主要是吸收起主导作用．样品的微缺陷密度也是影响损伤阈值的一个重要因素，损伤阌值随缺陷密度的增加而降低。关键词：光学薄膜I氟化镁；光学损耗；吸收；损伤阂值中图分类号：0484．4文献标识码：A目前国际上对紫外薄膜材料的研究主要集中在准分子激光波长351nm(XeF)，308nm(XeCl)，

3、248nm(KrF)，193nm(ArF)和Nd-YAG激光的三倍频(355rim)和四倍频(266rim)。波长越短，可用的镀膜材料越少。人们对各种薄膜材料的光学特性虽然进行过很多的研究，但由于影响薄膜光学性能的参数太多，报道的结果比较分散[1．12】。氟化镁(MgF2)材料是紫外波段光学薄膜最具应用潜力的材料之一，虽然已被广泛研究m]，但是，因为薄膜的性能强烈依赖于沉积方法和沉积工艺条件[3-8]，掌握和控制在各个具体制备条件下薄膜的光学特性是制造优质薄膜元件的重要环节，因此对MgF2材料还需要做更深入的研究。对低光学损耗的MgF2薄膜来说，真空蒸发在所有的沉积方法中是比较适合

4、的，而沉积温度又是最重要的工艺参数之一[2’8]。本文实验研究了沉积温度对MgFz薄膜光学性能的影响，对沉积温度这一主要沉积工艺参数进行了优化。l样品制备与测量方法1．1样品制备MgF：材料的单层膜采用热舟蒸发方法在高真空镀膜系统(镀膜机型号：DMDE450)中沉积，采用JGSl型熔融石英基底，尺寸夺30mmX3mm，纯度标定为99．999％的MgF2作为初始材料(CERAC公司生产)。基片首先在石油醚和温水的混合溶液中进行超声波清洗，然后再经过仔细擦洗。镀膜时的本底真空度为2．7×10qPa，工作真空度为4．9X10一Pa，残余气体为空气。采用的沉积温度依次为200，250，30

5、0和350℃，沉积速率为0．39nm／s。监控波长为780rim，目标光学厚度为7个1／4波长，在烘烤及镀膜过程中基片进行高速旋转。1．2测量方法1．2．1光谱测量采用PerkinElmer公司生产的Lambda900光谱测试仪进行光谱测量，仪器的波长分辨率为0．08％nm。为防止空气中的水、氧气等对测量结果的影响，测量过程中充入高纯氮气，氮气流量在测量过程中保持在7～10L／rain。光谱曲线测量范围为190-'--360nm，延伸到了真空紫外波段。1．2．2表面粗糙度不同沉积温度下薄膜的表面均方根粗糙度由Veeeo．公司生产的WYKONTll00型光学轮廓仪进行测量。1．2．3

6、损伤阈值与损伤形貌·收稿日期：2007．-09-89I修订日期：2008一．01—22基金项目：上海市重点学科建设项目(B503)作者简介：尚WIl#(1972--)。女，讲师，博士，从事紫外薄膜与材料方面的研究Ishangshuzhen@ecust．edu．c11．万方数据第3期尚淑珍等：沉积温度对热舟蒸发MgFz薄膜性能的影响397薄膜损伤阈值测量装置由355amNd：YAG激光系统(脉宽8ns)、He-Ne准直光源、分光镜、聚焦凸透镜、2维可移动样品平台、CCD和能量计等组成，用衰减片来实现激光脉冲能量的调整，同时每次测量都利用激光能量计实时监测脉冲能量，以利于消除激光能量输

7、出随机起伏的影响。整套系统用电脑进行控制，如图1所示。激光损伤阈值测试按照IS011254-1．2国际标准，采用1一on-1方式，取零损伤几率时的能量密度作为样品的损伤阈值(单位为J／cm2)。样品的损伤形貌由Leica-DMRXE型光学显微镜进行观察。2结果与讨论2．1光学损耗图2所示为不同沉积温度下的透射率光谱曲线，图3所示为在沉积温度为300℃时的透射率和相对反射率光谱曲线。光学损耗A可以通过A一1一T—R计算得出，其中T为透射率，R为反射率。表1中给出了在典型