SiOxNy光学薄膜折射率渐变特性研究

摘要

SiOxNy是一种重要的光学薄膜材料，其折射率变化范围是1.46～1.97，介于二氧化硅及氮化硅薄膜的折射率之间。SiOxNy材料广泛应用于光学薄膜的制备。
　　本文研究了SiOxNy薄膜中x，y变化与折射率之间的关系，获得折射率与N、O元素含量之间的关系;通过实验探究了SiOxNy渐变折射率薄膜界面“消失”的评判标准;根据SiOxNy薄膜x，y变化与折射率之间的规律，结合PECVD技术，对非线性SiOxNy薄膜的制备工艺进行了探究。得到如下研究结果:
　　(1)根据MS软件对SiOxNy材料仿真计算，结果表明:随着O元素含量的增加，SiOxNy薄膜的折射率逐渐降低;随着N元素含量的增加，SiOxNy薄膜的折射率逐渐增加，SiOxNy薄膜的折射率在1.46～1.97之间变化。采用PECVD技术进行实验验证，结果表明:SiOxNy薄膜折射率的工艺实验与理论仿真实验变化趋势一致。
　　(2)SiOxNy渐变折射率薄膜界面“消失”的评判标准取决于工程应用对象的制造精度，采用PECVD技术制备薄膜的Δn不大于0.003。
　　(3)采用梯度法和坡度法对非线性渐变折射率薄膜的制备工艺进行了探索。实验结果表明，采用连续变换反应气体比例方法制备坡度渐变折射率薄膜工艺是可行的，薄膜透过率与设计曲线的吻合度取决于气体比例切换点的选择。薄膜的透过率曲线随梯度层数的增加而增加，透过波段也有所展宽。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 MS软件CASTEP模块计算原理

1．2．1 第一性计算原理

1．2．1 平面波赝势计算法

1．3 PECVD技术的原理及特点

1．4 PECVD在光学薄膜中的应用

1．5 渐变折射率薄膜和SiOxNy材料的研究现状

1．6 本文研究的主要内容和章节安排

2 研究方案

2．1 研究方案及技术路线

2．2 可行性分析

2．2．1 实验设备

2．2．2 测试设备

2．3 可行性实验

2．3．1 MS软件模拟计算Si3N4的光学特性

2．3．2 MS软件模拟计算SiOxNy的光学特性

2．3．3 PECVD工艺稳定性实验

2．4 本章小结

3 SiOxNy薄膜x，y变化与折射率之间的规律研究

3．1 SiOxNy薄膜x，y变化与折射率之间规律的仿真实验

3．2 SiOxNy薄膜x，y变化与折射率之间规律的工艺实验验证

3．2．1 工艺实验验证

3．2．2 实验验证分析

3．3 本章小结

4 SiOxNy渐变折射率薄膜的界面特性研究

4．1 技术路线

4．2 △n的确定

4．3 本草小结

5 非线性SiOxNy渐变折射率薄膜制造工艺探索

5．1 非线性SiOxNy渐变折射率薄膜设计

5．2 非线性SiOxNy渐变折射率薄膜制造工艺

5．2．1 梯度法制造多层SiOxNy薄膜与分析

5．2．2 坡度法制造非线性SiOxNy薄膜与分析

5．3 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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