离子辅助沉积氧化物薄膜的特性分析

摘要

本论文的主要工作是对常规工艺下和离子辅助条件下沉积薄膜的特性进行比较研究,研究的薄膜包括单层膜和多层膜.1、单层膜的研究研究的单层膜为SiO<,2>、SiO<,2>、Ta<,2>O<,5>等氧化物介质薄膜,对比研究了常规工艺下和离子辅助条件下它们的光学特性和机械特性.光学特性涉及折射率、消光系数、波长漂移和聚集密度,发现离子辅助沉积对单层薄膜的光学特性明显改善.机械特性涉及薄膜应力,对离子辅助沉积和常规工艺条件下镀制的薄膜应力进行了试验研究,并对台阶仪测量镀膜前后基板表面的曲率的方法进行了探讨.在基板温度低于100℃时,在离子辅助工艺条件下镀制的TiO<,2>薄膜应力略大于常规工艺条件下得到的应力;随着薄膜厚度的增加,TiO<,2>薄膜的应力逐渐减小,从125nm的392 MPa下降到488 nm的30 MPa;离子源阳极电压对薄膜应力影响也较大,在100V时得到的薄膜应力为164 MPa,当电压升高到190 V时,应力下降到75 MPa;同时也测试了TiO<,2>和Ta<,2>O<,5>单层薄膜的应力,发现Ta<,2>O<,5>薄膜的应力特性与TiO<,2>薄膜的类似,SiO<,2>的薄膜的应力为压应力.2、多层膜的研究采用霍尔源离子辅助沉积(IAD)技术制备了TiO<,2>/SiO<,2>、Ta<,2>O<,5>/SiO<,2>窄带干涉滤光片,并与常规沉积条件下制备的样品做了比较,并在各种参数条件下对薄膜样品进行特性分析,发现离子辅助明显地减小了滤光片的光谱漂移(△λ),光谱稳定性得到很大提高.同时发现间隔层对光谱漂移的影响最大,越远离间隔层的膜层,其影响越小;在各种基板温度下,离子辅助工艺技术制备TiO<,2>/SiO<,2>窄带干涉滤光片漂移△λ比常规工艺制备的滤光片小8nm左右;在离子辅助工艺条件下,发现随着阳极电流的增加,Ta<,2>O<,5>/SiO<,2>窄带干涉滤光片的中心波长的漂移有明显的下降,从1.4A的10nm下降到2.6A的5nm.同时还分析了TiO<,2>/SiO<,2>滤光片的应力特性,发现该滤光片存在零应力的可能.总之,无论是单层膜还是多层膜,离子辅助样品相对常规工艺样品的光学特性得到明显改善.在离子辅助工艺下,TiO<,2>薄膜在较高的沉积温度和阳极电压条件下应力较小.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1光学薄膜的应用

1.2光学薄膜的制备方法

1.3薄膜的微结构特性

1.4离子辅助沉积技术(IAD)

1.4.1离子辅助沉积技术概述

1.4.2常用离子源介绍

1.4.3 Kaufman和Hall源性能比较

1.5本课题的研究工作

参考文献

第二章离子辅助沉积对单层膜特性的影响

2.1薄膜材料属性

2.1.1 TiO2

2.1.2Ta2O5

2.1.3 SiO2

2.2薄膜制备

2.2.1实验设备

2.2.2制备工艺参数控制

2.2.3具体制备过程

2.3特性检测原理和方法

2 3.1光学特性

2.3.2力学特性

2.4实验结果和数据分析

2.4.1常规工艺下和离子辅助条件下制备的薄膜光学特性

2.4.2常规工艺下和离子辅助条件下制备的薄膜力学特性

2.5结语

参考文献

第三章离子辅助沉积对多层膜特性的影响

3.1相关理论阐述

3.1.1窄带干涉滤光片

3.1.2波长漂移(△λ)

3.1.3光谱漂移(△λ)测试

3.2全介质F-P干涉滤光片的制备

3.2.1实验环境

3.2.2镀膜工艺过程中遇到的问题及分析

3.3实验结果及数据分析

3.3.1 TiO2-SiO2窄带滤光片

3.3.2 Ta2O5-SiO2窄带滤光片

3.3.3多层薄膜的应力分析

3.4结语

参考文献

第四章几种氧化物薄膜的比较

4.1光谱曲线的测试

4.2波长漂移的比较

参考文献

第五章总结与展望

硕士期间发表的论文

致谢