原子层沉积制备氧化物光学薄膜的特性研究

摘要

原子层沉积(ALD)技术以其出色的工艺稳定性，制备薄膜复形性优越等特点，已经在微电子领域得到了广泛的研究和应用。但是目前对其在光学薄膜应用方面的研究还十分有限。与传统光学薄膜制备技术相比，原子层沉积制备的薄膜纯度高、复形性优异，极薄层厚度可控，这些特点使其在该领域具有广阔的应用前景。本论文主要对原子层沉积制备氧化物光学薄膜的工艺条件及制备薄膜的特性进行了分析，工作主要涉及以下内容:
　　 首先对ALD反应生长薄膜的表面化学反应机理进行了系统的调研，分析了影响ALD反应的几个控制变量。将ALD技术与其他光学薄膜常用制备技术进行了比较和分析，并明确了ALD技术应用于光学薄膜领域的难点是无定形优质薄膜的获得以及对成膜过渡区的参数控制。进而对ALD制备单层Al2O3，TiO2，Ta2O5薄膜的工艺过程进行了研究，并利用分光光度计，椭偏仪，X射线衍射(XRD)，原子力显微镜(AFM)，扫描电子显微镜(SEM)，X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对制备样品的光学特性，微结构，表面形貌以及三者之间的联系进行了系统的分析和讨论。并初步掌握了利用ALD制备优质单层氧化物薄膜的工艺参数，对这几种材料的单层薄膜的光学常数，生长速率等参数进行了标定。然后进一步分析了ALD在成膜过渡区的反应机理，通过离线椭偏测试对不同界面上ALD生长TiO2/Al2O3薄膜的特性进行了研究。提出了ALD制备多层膜时在界面过渡区的厚度控制修正方法，并成功制备减反膜、任意折射率薄膜等器件。最后对ALD技术在有机太阳能电池薄膜封装方面的应用进行了研究，结果表明ALD技术制备的氧化物封装薄膜可以提高器件的稳定性和效率。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 光学薄膜技术的应用和发展

1．2 光学薄膜的常用制备方法

1．3 原子层沉积技术发展历史

1．4 本论文的主要研究内容和创新点

第二章 原子层沉积原理及系统介绍

2．1 原子层沉积反应原理和条件

2．1．1 原子层沉积反应原理

2．1．2 原子层沉积制备氧化物薄膜的反应条件

2．1．3 原子层沉积与传统光学薄膜制备技术的比较

2．2 原子层沉积系统介绍

2．3 薄膜特性测试系统

2．3．1 薄膜光学特性测试

2．3．2 薄膜微结构和组分测试

第三章 原子层沉积制备单层氧化物薄膜及特性分析

3．1 引言

3．2 薄膜制备实验条件

3．3 单层薄膜制备及特性研究

3．3．1 单层Al2O3薄膜

3．3．2 单层TiO2薄膜

3．3．3 单层Ta2O5薄膜

3．4 小结

第四章 原子层沉积制备多层膜

4．1 ALD反应初始成膜机理

4．2 Al2O3/TiO2薄膜过渡区沉积速率研究

4．2．1 椭偏测试原理

4．2．2 椭偏测试分析系统

4．2．3 Al2O3/TiO2薄膜过渡区沉积速率标定

4．2．4 ALD制备减反膜

4．3 ALD制备任意折射率薄膜

4．4 ALD制备阻隔层薄膜

4．4．1 引言和介绍

4．4．2 实验

4．4．3 结果和讨论

4．5 小结

第五章 总结与展望

参考文献

作者简历