沉积温度对结构的影响,光学特性和激光损伤的版本₃薄膜

文摘

版本₃电影是准备在不同沉积温度用电子束蒸发在Si和熔融石英基质。沉积温度和结构和性能之间的关系,研究了光学XPS, XRD和各种光学测试。结果表明,版本₃电影是无定形沉积温度低于200°C。版本的折射率₃电影增加从1.8302到1.9112在1064 nm的沉积温度。消光系数的版本₃电影小于10⁻⁶在350到1700纳米的范围。激光损伤阈值增加起初,然后随沉积温度的增加而减小。激光损伤阈值的最大是18.18 J /厘米²当沉积温度为150°C。相比之下,TiO₂电影、化学结构和激光损伤阈值的版本₃电影是由电子束蒸发制备更稳定。

1。介绍

薄膜开始被应用在1930年代,现在它被广泛用于光学、微电子学、材料、等领域。然而,随着大功率激光的应用,光学薄膜的光学系统的一个重要组成部分已成为薄弱环节。几十年来,研究人员已经做了很多工作在改善光学薄膜的损伤阈值。高折射率材料,研究人员专注于高频振荡器₂,TiO₂,ZrO₂等等(1- - - - - -5]。

近年来,随着高温超导的发现和发展的物理机制,版本的物理性质₃由于强烈的相关性La-Ti-O掺杂Ag)、铜、铁、或Sr广泛研究6- - - - - -9]。与此同时,研究表明,TiO的性能₂会提高了拉₂O₃折射率material-LaTiO掺杂,获得高稳定₃(10,11]。Philippe Combette基础上,研究了形态、结构、nonconductivity,介电性能的版本₃电影在不同沉积参数(功率、沉积压力和沉积温度)(12]。苏Junhong研究了沉积温度对光学性质的影响和激光损伤特性的版本₃电影(13]。然而,很少有研究作了系统的研究之间的关系结构和光学特性的版本₃薄膜。

正如我们所知,准备参数对膜的性质有重要的影响(14,15]。因此,沉积温度的影响,光学和激光损伤特性的版本₃薄膜进行了研究。

2。实验

版本₃电影是由电子束蒸发沉积(ZZS500-1 / G成都南光真空科技有限公司,中国)在Si(100)和熔融石英基质。电影都需要使用版本₃丸(纯度99.99%,由北京有色金属研究院)提供原始材料。Si(100)和熔融石英基质沉积之前被酒精溶液中超声清洗。底部压力3×10⁻³爸爸,工作压力2×10⁻²Pa,介绍了氧气在真空室和气体流保持在4 sccm,电子束电流110毫安,沉积温度,分别是50、75、100、125、150、175和200°C。

光学参数的版本₃电影,包括折光率、消光系数和物理厚度,测量的光谱椭圆光度法(J.A. Woollam m - 2000的ui,美国)。样品的结构是由X射线衍射测量(X射线衍射,X 'Pert PRO MPD) 2θ10 - 90°角范围内的室温。电影是由分光光度计测量的透射光谱(hitachiu - 3501、日本)。元素组成和元素的化学状态as-deposited版本₃电影进行了x射线光电子能谱(XPS, PHI5400)。激光损伤特性的版本₃电影和电影测量的光学元件激光损伤阈值测试仪器。激光诱导损伤阈值(LIDT)薄膜是用“跟”政权根据ISO标准11254 - 1通过1064海里开关10纳秒脉冲激光的脉冲长度。

3所示。结果和讨论

3.1。不同沉积温度

3.1.1。x射线衍射分析

XRD谱图所示1显示没有明显的衍射峰,而是一个可以找到非晶包左右θ= 28°。这意味着这部电影甚至沉积在200°C的最高温度仍非晶态。

3.1.2。XPS谱分析

图2显示了洛杉矶的XPS谱特征、钛、O、C和污染,在电影的XPS谱调查发现准备在125°C。Ti2p3 457.97 eV图的峰值2接近457.80 eV Ti的价值₂O₃(16]。La3d5的峰值834.12 eV对应834.80 eV₂O₃(17]。这表明,电影本质上是由洛杉矶₂O₃和钛₂O₃。电影在不同的温度下沉积的XPS结果列在表中1。结果表明,总拉和钛原子含量比O原子内容近似2:3和随沉积温度的增加略有增加。这表明,沉积温度的增加受益版本的形成₃。与此同时,比率的变化不明显,表明蒸发是稳定的。

3.1.3。光学性质

光学性质可以通过折射率和透光率特征的重要参数的光学应用程序(18]。光学常数的结果和的版本₃电影被显示在图3。如图3(一个),折射率随沉积温度的崛起波长范围从350到1700纳米。XPS分析的结果,它已经知道电影的不同成分很小。因此,折射率的增加可能是这部电影的主要移动原子在衬底上淀积温度更高,这将有助于实现高聚集密度和折射率的增加。同时,图3(一个)表明折射率增加从1.8302到1.9112在波长1064纳米的小变化为0.081。然而,一些研究表明,TiO的折射率₂电影大幅增加从1.8458到2.0721时,衬底温度从50到250°C(增加19]。变化高达0.2263。因此,折射率的变化版本₃电影比TiO的小得多₂电影具有相同的沉积温度的变化。换句话说,版本₃电影比TiO₂电影在结构稳定性在不同沉积温度。此外,一些研究人员得出的结论是,TiO的折射率₂电影由电子束蒸发沉积在200°C是2.07 - -1.95的波长400 - 900纳米,而折射率的版本₃电影是在相同的条件下2.04 - -1.93。显然,折射率的版本₃电影几乎等于TiO的₂电影。从图3 (b)可以看出,所有样品的消光系数小于10⁻⁶的波长范围350到1700纳米,这表明,这部电影是较小的吸收。

样品的透射光谱在不同沉积温度图所示4。除了透光率不到80%的424 - 480 nm范围由于光学干涉,它可以观察到,所有样品的透光率大于80%在波长330纳米。500 - 700 nm波长范围的透射率曲线如图4。如图所示,沉积温度越高,越接近最大透光率的版本₃电影和衬底透光率。在波长592 nm,透光率最高93.44%发生在200°C沉积膜,这是非常接近衬底的透光率为93.47%。与消光系数曲线,透光率的结果显示版本₃电影可以作为优良的透明层。

3.1.4。激光损伤特性

一般来说,多层光学薄膜是由替代沉淀高、低折射率材料。高折射率材料主要是金属氧化物材料,哪些是容易失去氧气在沉积过程中,成为一个领域的多层薄膜激光损伤的缺点。因此,有必要研究的激光损伤特性版本₃电影。

表面损伤形态的版本₃电影准备在50、150和200°C已经呈现在图5。这组实验是在180年乔丹脉冲激光能量。电影的损害表现沉积在不同的温度下直接分析损伤点的区域。如图5,所有的样品都受损。其中,脱落区域表面的薄膜沉积在50°C是最大的一个,这说明电影的伤害是最严重的。在沉积温度从150年到200°C,脱落面积略有增加。然而,一般而言,没有显著差异破坏形态的电影准备在不同沉积温度。

不同沉积温度的LIDT如图6。LIDT增加的沉积温度从50到150°C。LIDT的最大价值是18.18 J /厘米²在150°C。然而,LIDT开始减少时,沉积温度高于150°C。200°C的LIDT沉积膜关闭15.91 J /厘米²的50°C到15.78 J /厘米²。可以看出,这部电影并没有改变单调的LIDT随沉积温度的增加,最大在150°C。

结合XPS分析,发现作文准备的电影在不同的温度下改变略LIDT几乎没有影响。因此,沉积温度成为影响激光损伤性质的主要因素。它的结论是,更高的LIDT可以获得更高的沉积温度。首先,在沉积温度越高,薄膜有更高浓度较低的密度和热容量比沉积温度。其次,较高的沉积温度不仅提高了硬度的电影也提高了电影和衬底之间的附着力。这些结果大大提高了膜对高能激光传播时的热量迅速扩张。最后,影片的沉积温度过高使原子为了获得更大的动能,从而增加了原子迁移速度和降低影片的缺陷。然而,更高的温度也会导致越来越内应力的电影,可以观察到裂纹损伤边界周围的电影准备在200°C和结果LIDT下降。

与TiO相比₂电影(20.LIDT)的版本₃电影大约是15.78 - -18.18 J /厘米²,这是高于TiO₂薄膜沉积在200°C 4.2 J /厘米²。

4所示。结论

沉积参数对薄膜的性能有重要的影响。沉积温度对结构和光学性质的影响和激光损伤的版本₃薄膜进行了研究。结果表明,折射率的版本₃薄膜与衬底温度增加。消光系数是小于10⁻⁶的波长范围350到1700纳米,这表明版本的吸收₃电影是非常小的。它可以作为一个理想的光学镀膜材料。LIDT增加在第一,然后随沉积温度的增加,最大是18.18 J /厘米²在150°C的沉积温度和比TiO高₂电影。但所有性能的差异小,沉积温度不敏感。总的来说,过程稳定的版本₃电影是TiO的比₂电影。的版本₃电影是一个很好的光学镀膜,激光防护材料。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(批准号61378050也没有。61704134),科学研究项目由陕西省教育部门(项目号17 js046)和陕西省重点实验室开放基金的薄膜技术和光学测试(项目没有。ZSKJ201704)。

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