氮化硅透明陶瓷光学薄膜的制备与特性分析

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1、氮化硅透明陶瓷光学薄膜的制备与特性分析／程芸等·31·氮化硅透明陶瓷光学薄膜的制备与特性分析程芸，杨明红，代吉祥，杨志(武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室，武汉430070)摘要采用射频磁控反应溅射法在不同工艺下制备微米级厚度的氮化硅薄膜，并利用椭圆偏振仪、分光光度计、x射线衍射仪、电子探针显微分析仪以及红外光谱仪对薄膜的光学性能、微观结构及化学成分进行了表征。测试结果表明，当N2和Ar的流量为1：1时所制备样品为非晶态结构的高折射率富氮氮化硅薄膜；低温热处理对薄膜折射率有一定的改善作用；透过率随溅射气压的增加而升高、随功率的增大而降低；N-Si键的强度随

2、溅射气压的升高而降低。关键词氮化硅薄膜射频溅射光学性能FT-IREPMA中图分类号：0436文献标识码：APreparationandCharacterizationofOpticallyTransparentCeramicSiliconNitrideThinFilmsCHENGYun，YANGMinghong，DAIJixiang，YANGZhi(NationalEngineeringLaboratoryforFiberOpticSensingTechnology，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070)Abstrac

3、tRadiofrequencymagnetronsputteringmethodwasemployedtOpreparethemicrongradesiliconni—tridethinfilmwithdifferentsputteringprocess．Spectroscopicellipsometry，spectrophotometer，X-raydiffractome—ter，electronprobemicroscopicanalyzerandinfraredspectrometerwereusedtocharacterizethefilmoptica

4、lproper—ties，microstructureandchemicalcomposition．WhentheflowratioofN2toAriScontrolledat1：1，thesamplesareamorphous，highrefractiveindexandN-richsiliconnitrogenfilms．Therefractiveindexofthefilmcanbeimprovedbylowtemperatureannealingprocess．Thefilmtransmittanceriseswiththeincreaseofsput

5、teringpressure，anddecrea—seswiththeincreaseofsputteringpower．TheintensityofN-Sibondcanbereducedwithhighersputteringpressure．KeywordsSi3N4thinfilm，RFsputtering，opticalproperties，FT-IR，EPMA了各方面的研究。J．Filla等研究了部分氧化的氮化硅薄膜0引言纳米尺度的摩擦力[7]。H．Schmidt等采用射频磁控溅射制氮化硅材料具备许多优异的性能，如高熔点、高硬度、强得非晶氮化硅薄膜

6、并对其热稳定性和结晶动力学进行了研稳定性、低膨胀系数、良导热性、强抗热震性及优良的光学性究_8]。M．A．Signore等采用射频磁控溅射制备的110nm以能等，氮化硅块体材料以及薄膜能广泛应用于光电子、微电下的氮化硅薄膜在可见近红外波段的透过率最大值达9O，子、机械加工、化学工业、太阳能电池、航空航天及集成电路但其折射率仅在1．7左右l_g]。国内孙科沸[]、高峰_1等仅在等行业_1]。基于各种微球、微盘和微环式的回音壁谐振紫外可见光区域(400~800nm)测试了其制备的氮化硅薄膜(wGM)传感器由于具有高灵敏度、无标记等显著特点，在生的透过率。氮化硅透明

7、光学薄膜的研究还较少，不够系统，物、化学传感和检测领域有重要的应用前景。传统的回音壁特别是薄膜的制备工艺与微观结构和光学特性之间的关系谐振微腔是采用半导体工艺在硅基二氧化硅材料上形成微的研究还不多，其中在近红外波段微米级厚度的氮化硅薄膜结构，然后通过CO激光进行回流热处理得到微腔[6]。这种的系统研究还未见报道。有鉴于此，本研究拟探讨氮化硅薄基于二氧化硅材料的微腔的品质因子(Q值)高达10，如果膜的制备工艺与薄膜微观结构成分和光学性能之间的关联，能够采用高折射率和低吸收的薄膜材料制备微腔，则有望进探索高性能红外透明氮化硅薄膜的制备技术。一步提高品质因子，从而提

8、高传感灵敏度。在满足半导体工1实验艺兼