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AlO与LaF薄膜在193nm波段的特性研究

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文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1紫外薄膜研究的兴起与发展

§1.1.1准分子激光器的发展

§1.1.2紫外薄膜研究的发展与研究重点

§1.2紫外薄膜的特征

§1.3常用的紫外薄膜材料与制备方法

§1.3.1常用的紫外薄膜材料

§1.3.2制备紫外薄膜的基板

§1.3.3紫外薄膜的制备方法

§1.4评价紫外薄膜的主要参数

§1.5本课题的研究内容和特色

参考文献

第二章单层膜的制备与测试方法

§2.1引言

§2.2实验方案

§2.2.1实验设计

§2.2.2实验设备

§2.2.3 Al2O3单层膜制备步骤

§2.2.4 LaF3单层膜制备方法

§2.3本课题使用的紫外熔融石英基板光学特性的测试分析

§2.4测试仪器与计算方法

§2.4.1分光光度计

§2.4.2包络线法

§2.4.3 Zygo干涉仪

§2.4.4 SPI3800N原子力显微镜

§2.4.5 XRD测试

§2.5其它常用的测试与标定方法

§2.5.1光学特性测试

§2.5.2微结构测试

§2.5.3薄膜成分分析

参考文献

第三章单层膜实验结果分析

§3.1引言

§3.2 Al2O3与LaF3等不同材料的比较

§3.2.1不同材料在紫外区的透射特性比较

§3.2.2不同材料在紫外区的光学常数的比较

§3.2.3不同材料薄膜表面颗粒的比较

§3.2.4粗糙度(RMS)的比较与标量散射理论分析

§3.2.5不同材料薄膜结晶状况的比较

§3.3 Al2O3单层膜实验结果分析

§3.3.1沉积速率对Al2O3单层膜光学特性的影响

§3.3.2光学损耗分析

§3.3.3基板温度对Al2O3单层膜光学特性的影响

§3.3.4光学特性随时间的变化关系

§3.4 SiO2单层膜实验结果分析

§3.4.1沉积速率对光学特性的影响

§3.4.2光学特性随时间的变化关系

§3.5 LaF3单层膜实验结果分析

§3.5.1沉积速率对薄膜光学特性的影响分析

§3.5.2光学特性随时间的变化关系

§3.5.3沉积速率与结晶状况的关系研究

§3.5.4沉积速率的稳定性对薄膜应力的影响

§3.5.5基板温度对薄膜表面粗糙度的影响

§3.5.6基板温度与结晶状况的关系研究

§3.5.7薄膜表面缺陷分析

§3.6总结

参考文献

第四章多层膜理论设计与分析

§4.1引言

§4.2多层介质高反膜的理论基础

§4.3多层介质高反膜的设计方法

§4.4多层介质高反膜的设计结果分析

§4.4.1 LaF3/MgF2多层膜设计结果

§4.4.2高折射率材料的消光系数对薄膜反射率极限的影响分析

§4.4.3多层膜制备要点分析

§4.4结论

参考文献

第五章总结与展望

§5.1工作总结

§5.2工作展望

硕士期间完成的学术论文

致谢

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摘要

近年来,准分子激光器快速发展,并得到广泛应用,推动了紫外薄膜研究的发展。大多数材料在紫外波段呈献明显的吸收,目前对193nm紫外薄膜的研究主要集中在氟化物和少数的氧化物上。氧化物和氟化物在短波吸收、表面微结构、结晶状况、光学稳定性、应力等方面有较大的差异。本课题以193nm薄膜中主要的高折射率材料氟化物LaF<,3>和氧化物Al<,2>O<,3>为研究重点,对比研究了沉积速率和基板温度等工艺因素对薄膜各项特性的影响。课题设计分析了多层介质高反射膜的光学特性。 对比了Al<,2>O<,3>和LaF<,3>材料在紫外区的光学特性,LaF<,3>在193nm附近的吸收损耗明显小于Al<,2>O<,3>。LaF<,3>在205nm附近的消光系数约为8.1×10<'-4>,Al<,2>O<,3>的消光系数约为2.5×10<'-3>。Al<,2>O<,3>在190nm附近已靠近短波吸收限。然而,Al<,2>O<,3>具有优异的光学稳定性,制备完成后和半年后测试的透射率基本吻合。LaF<,3>单层膜在制备后的两天即出现了明显的透射率下降和波长漂移现象。 当沉积速率为0.2nm/s时,Al<,2>O<,3>薄膜获得最好的光学特性。速率增加至1nm/s时,Al<,2>O<,3>单层膜在200nm波长附近的透射率下降了10%以上。光学损耗的研究表明,失氧造成的吸收是引起Al<,2>O<,3>在200nm波长以下损耗增加的主要原因。为了获得良好的光学特性,有必要将沉积速率控制在0.5nm/s以下。沉积速率对LaF<,3>单层膜光学特性的影响不明显,即使在沉积速率为5nm/s的条件下,LaF<,3>薄膜仍保持了良好的光学特性。 对薄膜表面微结构的研究表明,Al<,2>O<,3>薄膜的相关长度l比LaF<,3>薄膜的相关长度,小,因此Al<,2>O<,3>单层膜的散射光分布在较大的立体角内,LaF<,3>薄膜的散射光集中于镜向反射或透射光线附近。在同样的工艺条件下制备的Al<,2>O<,3>薄膜的表面粗糙度比LaF<,3>表面粗糙度大,按照标量散射理论计算,Al<,2>O<,3>薄膜的总积分散射比LaF<,3>大。LaF<,3>表面粗糙度随基板温度升高而增大。 XRD测试发现,电子束蒸发制备的Al<,2>O<,3>单层膜和SiO<,2>单层膜是非晶态,LaF<,3>单层膜含有非晶结构,但是在局部区域有晶体析出。 对多层膜的理论计算表明,LaF<,3>/MgF<,2>多层膜在193nm的理论反射率可达99%。

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