退火对电子束热蒸发Al2O3薄膜性能影响的实验研究.pdf

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1、!第!"卷!第#期强激光与粒子束$%&’!"!(%’#!!)**+年#月,-.,/0123456235(7/538-942:25;65<=’!)**+!文章编号!!!**!>#?))")**+#*#>*+!!>*#退火对电子束热蒸发!"薄膜#$%性能影响的实验研究"尚淑珍!!廖春艳!!易!葵!!张东平!!范正修!!邵建达"中国科学院上海光学精密机械研究所光学薄膜技术与研究发展中心!上海)*!@**#!!摘!要!!用电子束热蒸发方法镀制了5&)0?材料的单层膜!对它们在空气中进行了)+*!#**A的高温退火$对样品的透射率光谱曲线进行了测量!计算了样品的消光系数%折射率和

2、截止波长$通过B射线衍射仪"B37#测量分析了薄膜的微观结构!采用表面轮廓仪测量了样品的表面均方根粗糙度$结果发现随着退火温度的提高光学损耗下降!薄膜结构在退火温度为#**A时仍然为无定形态!样品的表面粗糙度随退火温度的升高而增加$引起光学损耗下降起主导作用的是吸收而不是散射!吸收损耗的下降主要是由于退火使材料吸收空气中的氧而进一步氧化!从而使薄膜材料的非化学计量比趋于正常$!!关键词!!紫外&!退火&!微结构&!光学损耗&!吸收!!中图分类号!!0#@#’#!!!!文献标识码!!5!!由于半导体工业和激光材料加工工业的发展!使得对应用于紫外波段尤其是远紫外>真空紫外"

3、7C$>$C$#波段的优质高能准分子激光光学元件的需求急剧上升$而这些元件多数需镀膜后使用!因此紫外波段薄膜元件性能的优化提高面临着新的挑战$光学损耗"吸收和散射损耗#的存在是影响多层高反射介质膜性能’!!)(的关键因素!使之降低的主要方法是镀膜材料的选择和镀膜工艺的优化$!!在7C$波段甚至在低于)**DE的波段!5&)0?材料作为一种最常用的高折射率材料广泛应用于多层介’?!#(质反射膜中$5&薄膜材料的光学特性强烈依赖于镀膜工艺条件及杂质污染等其它因素$传统电子束)0?热蒸发方法沉积的5&薄膜容易出现失氧及结构疏松等情况!采用反应蒸发及离子辅助技术可以在一定程)0

4、?度上得到改善!但是不利之处是同时又引入了其它的污染$镀膜后的退火处理可以改变膜层的结构%表面形’+!"(貌%光学和吸收等特性!使其性能发生变化$!!本文对采用传统的电子束热蒸发方法沉积的5&)0?单层膜进行不同温度的退火处理!分析了退火温度对光学性能%微结构和表面状况的影响$所有薄膜在相同的工艺条件下镀制在F.6!型熔融石英基底上!然后在空气中进行)+*!#**A的退火处理$本文主要研究不同退火温度对5&薄膜光学损耗的影响!并分析引)0?起光学损耗变化的原因$&!实验方法&’&!样品制备!!所有薄膜样品均在7;7)#+*型真空物理气相沉积"/$7>

5、<%=NO<%IJPJ%D#镀膜系统中采用电子束热蒸发方法沉积而成$所采用的基底材料为F.6!型熔融石英!基底尺寸为"?*EEQ?EE!所采用的5&)0?材料的纯度标定为RR’RRS$镀膜前先将基片放在石油醚和水的混合溶液中进行超声波清洗!然后再用石油醚溶液进行擦洗$所有薄膜制备过程的工艺条件完全一致!本底真空度为T’+Q!*U?/L!烘烤温度为?**A$薄膜厚度采用光控法进行监控!监控波长为T)*DE!膜层的光学厚度为T个!*#波长$&’#!退火实验!!将制备后的5&)0?薄膜分为+组!每一组在不同的退火温度下退火!’+G!退火时采用缓慢升温的方式!退火炉中的气体为空

6、气$其中第!组为未经过退火的样品!从第)组到第+组退火温度从)+*A增加到#**A!间隔为+*A$"收稿日期!)**#>!*>)+&!!修订日期!)**#>!)>)R基金项目!上海市科委光科技专项资助课题"*)))T!*+!#作者简介!尚淑珍"!R"))#!女!博士生!主要从事紫外薄膜材料和!R?DE薄膜的研究&上海@**>)!!信箱&2>ELJ&+IGLDVIGWXGOD#IJ%E’LK’KD$@5K强激光与粒子束第54卷!!"!测量方法!!光谱测量均由"#$%&’()*#$公司生产的+,*-.,/00光谱测试仪进行!仪器的波长分辨率为10!023’*"为防止空气中的

7、水#氧气等对测量结果的影响!测量过程中充入高纯氮气!其流量在测量过程中保持在4!50+$*&’"光谱测量范围为5/0!670’*"!!退火前及不同退火温度下薄膜的表面均方根粗糙度!$*8由9:;<=,>&*6?@400表面轮廓仪进行测量"!!薄膜的微结构由ABCDEF$=DG%6H型G射线衍射仪&GA?’进行测量分析"#!实验结果#!!!透射率曲线!光学常数与截止波长!!样品在退火前及不同退火温度的透射率光谱曲线如图5所示&图中选未经退火#600I退火#J00I退火三条曲线为代表’!光谱范围为5/0!K40’*!入射角为0L!同时给出了一