光学介质薄膜抗激光损伤特性的研究

采用离子束辅助沉积的方式镀制了几种介质膜料的单层膜。利用1.064μm调Q Nd：YAG脉冲激光器,对它们的损伤特性进行了研究。观察并讨论了在不同激光能量下薄膜的损伤现象,同时利用TaylorHobson干涉仪检测了薄膜表面的粗糙度变化。研究表明,在不同的激光能量下,单层HfO2薄膜出现了不同的损伤形态,且表面粗糙度随着激光能量的增加有正相关的变化;在同一激光能量下,不同工艺条件制备的HfO2薄膜有不同程度的损伤,可以得到较好的制备工艺参数;三种不同的氟化物薄膜即氟化镁（MgF2）、氟化钡（BaF2）、氟化钇（YF3）在相同的激光能量下,也出现了不同的损伤形貌,得出了损伤阈值高的薄膜是氟化钇薄膜。     

激光场强分布对类金刚石薄膜激光损伤阈值的影响

采用非平衡磁控溅射技术,在双面抛光的硅基底上沉积了DLC薄膜,基于ISO11254-1损伤测试平台对DLC薄膜进行了损伤阈值测试;计算了DLC薄膜激光场强及温度场分布,对比了激光场强与损伤阈值的关系。计算结果显示:薄膜表面激光场强增大,DLC薄膜的激光损伤阈值变低;激光场强相等时,随着薄膜厚度增加,激光损伤阈值变小。分析认为:薄膜表面激光场强增大后,激光与DLC薄膜相互作用,产生的等离子体加剧薄膜对激光能量的吸收并产生热累积,激光场强诱导sp3杂化向sp2杂化转变,致使DLC薄膜发生石墨化,从而影响了DLC薄膜的激光损伤阈值。     

沉积方式对HfO2薄膜激光损伤阈值的影响

分别采用电子束蒸镀、离子束辅助沉积、离子束反应辅助沉积、双离子束溅射技术制备了二氧化铪薄膜,研究了薄膜的光学特性、缺陷、残余应力、弱吸收和抗激光损伤阈值.发现离子束反应辅助沉积的二氧化铪薄膜具有低的缺陷密度和高的损伤阈值;双离子束溅射的二氧化铪薄膜具有高的折射率、高的残余应力和低的损伤阈值.对二氧化铪薄膜的损伤阈值与上述特性之间的依赖关系进行了讨论,发现残余应力是影响薄膜抗激光损伤阈值的一个重要原因.     

基于溶剂热反应快速沉积ZrO2-基激光光学薄膜

基于丙醇锆-乙酸-乙醇混合体系的溶剂热反应(423 K,10 h)合成了稳定的ZrO2-基溶胶,采用旋转镀膜技术在K9玻璃基片上制备了ZrO2-基光学薄膜。借助动态光散射、傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、紫外/可见/近红外透射光谱、FilmTMTek 3000型薄膜分析仪以及强激光辐照实验对溶胶与薄膜的微观结构及光学性能进行表征。研究发现,通过与溶剂乙醇的酯化反应和与丙醇锆的配合反应,乙酸具有温和地提供反应水和降低丙醇锆水解活性的双重作用。在各工艺参数适当配置的情况下,采用该方法可以快速合成颗粒流体力学直径为10 nm~15 nm的溶胶,由此沉积的薄膜具有平整的表面、较高的折射率1.633(测试波长为632 nm)和高的激光损伤阈值34.7 J/cm2(激光波长为1 064 nm,脉冲宽度为3 ns,"R/1"测试模式)。     

溅射功率对RF磁控溅射HfO_2薄膜介电特性的影响

采用射频(RF)磁控溅射法在P型(100)Si基片上沉积了HfO2薄膜,利用HP4294A测试了薄膜的介电特性。结果显示:在不同功率下制备的HfO2薄膜的漏电特性良好,介电常数最高达到24,接近于理论值25。     

高介电常数HfAlO氧化物薄膜基电荷俘获型存储器件性能研究

利用原子层沉积方法制备了高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件,并对器件的电荷存储性能做了系统研究.利用高分辨透射电子显微(HRTEM)技术表征了(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜的形貌、尺寸及器件结构.采用4200半导体分析仪测试了存储器件的电学性能.研究发现,存储器件在栅极电压为±8V时的存储窗口达到3.5V;25℃,85℃和150℃测试温度下,通过外推法得到,经过10年的数据保持时间,存储器件的存储窗口减小量分别为17%,32%和48%;(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件经过105次写入/擦除操作后的电荷损失量仅为4.5%.实验结果表明,利用高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜作为存储层能够提高器件的电荷俘获性能,具有良好的应用前景.     

沉积速率对HfO_2薄膜应力和光学特性的影响

利用电子枪蒸镀法制备了HfO2薄膜,控制沉积速率分别为3.3/s、5.5/s和9.6/s.利用ZGYO干涉仪、UV3101-PC分光光度计、D/Max-ⅢA型X射线衍射仪和JSM-6700F冷场发射扫描电镜对样品进行了测试.结果表明:在本实验条件下制备的HfO2薄膜都是非晶态结构.样品的残余应力与本征应力变化趋势相同,都随沉积速率的加快先增后减,沉积速率为3.3/s时应力最小.不同沉积速率下制备样品的折射率都是正常色散,3.3/s沉积的样品色散较小并且有较好的表面平整度.这些结果为制备高性能HfO2薄膜提供参考.     

NaF薄膜的结构与应力分析

采用脉冲激光沉积（PLD）法在Si（100）衬底上生长了NaF薄膜．分别用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）对薄膜的微观结构、表面形貌以及薄膜应力进行了表征与分析．AFM测试结果表明，低激光能量密度下制备的薄膜表面均匀、致密，均方根粗糙度（Rms）仅为0．538nm；XRD分析结果表明，用脉冲激光沉积方法制备的氟化钠薄膜在（222）晶面有明显的择优取向．应力分析薄膜的残余应力为压应力，应力大小随激光能量密度的增加而增加；XPS分析结果表明，热蒸发制备的NaF薄膜氧含量明显高于PLD方法制备的NaF薄膜的氧含量．热蒸发方法制备的薄膜中的氧含主要来源于水中的氧，PLD方法制备的薄膜中的氧主要来源于游离态氧，说明PLD方法制备的薄膜不容易潮解．     

氧分压对电子束蒸发ZrO2薄膜微结构的影响

用XRD衍射技术分析了基片转动和充氧条件对ZrO2薄膜组成结构的影响,发现在相同低氧压条件下(P≤1.1×10-2Pa)基片转动能够改变薄膜的组成结构,即薄膜发生从四方相到单斜相的转变;随着氧压进一步升高,ZrO2薄膜将由多晶态逐渐转变为无定形结构.同时发现基片转动能够降低充氧条件对表面粗糙度和晶粒大小的影响.激光阈值损伤测量表明,氧压条件影响着ZrO2薄膜的抗激光损伤能力,且多晶结构的激光损伤阈值高于无定形结构.     

光学薄膜在光通信和激光技术中的应用

薄膜在现代科学技术中扮演着重要的角色,随着光纤通信技术和激光技术的发展,薄膜在这个领域的应用越来越广泛.较系统地介绍了光学薄膜在光通信和激光技术中的应用.光学薄膜在光通信中的应用基本上覆盖了各种常规的光学薄膜,应用的最高代表就是波分复用滤光片了.而在激光技术中,应用较多的就是减反膜、反射膜和滤光膜.而且随着激光能量的增加,制备高损伤阈值的光学薄膜是激光薄膜研究的重点.     

化学溶液沉积Bi2Sr2Co2O8热电薄膜及其激光诱导电压效应研究

利用化学溶液沉积技术在LaAlO3（001）单晶基片上外延生长了Bi2Sr2Co2O8热电薄膜并对其激光诱导电压效应进行了研究．热电性能测试表明该外延薄膜的室温电阻率和塞贝克系数均可以和优质单晶样品相比拟．此外,实验发现当用308nm,532nm,1064nm及10．6gm的激光辐照生长在斜切LaAlO3上的Bi2Sr2Co2O8外延薄膜表面时,可以在薄膜中观测到很强的横向开路电压信号．分析认为当入射激光光子能量（308,532和1064nm激光输出）大于Bi2Sr2Co2O8禁带宽度时,在Bi2Sr2Co2O8外延薄膜中观测到的激光诱导横向开路电压信号源于该薄膜热电效应和光电效应的综合贡献;而当入射激光光子能量（10．6μm激光输出）小于Bi2Sr2Co208禁带宽度时,在Bi2Sr2Co2O8外延薄膜中观测到的激光诱导横向开路电压信号主要源于薄膜的热电效应．以上结果表明Bi2Sr2Co2O8热电薄膜不仅在热电器件领域而且在宽波段激光光探测器领域都具有潜在的应用前景．     

非晶N:GeSb薄膜的光致晶化及其相干声子谱表征

利用对微结构变化非常灵敏的相干声子光谱技术研究了非晶N:GeSb薄膜的光致相变特征。发现当激光辐照能流达到某个阈值时,出现了一个新的声子模,表明相变的发生。同时,退火晶化的N:GeSb薄膜也出现此新的声子模,表明激光照射的确导致了薄膜的晶化。相干光学声子谱的抽运能量密度依赖实验结果表明光致晶化的N:GeSb薄膜的相干光学声子的寿命和频率均随抽运能量密度增加而减小,与晶体中的依赖关系一致。结果表明N:GeSb薄膜的光致晶化质量较好,具有相变光存储应用潜力。     

不同氛围溅射HfO_2栅介质薄膜的电学性能和界面微结构

本文研究了不同沉积氛围(纯Ar,Ar+O2和Ar+N2)中射频磁控溅射制备HfO2薄膜的介电性能和界面微结构.实验结果表明在纯Ar氛围室温制备的HfO2薄膜具有较好的电学性能(有效介电常数ε-r～17.7;平带电压～0.36 V;1 V栅电压下的漏电流密度～4.15×10-3 A cm-2).高分辨透射电子显微镜观测和X射线光电子能谱深度剖析表明,在非晶HfO2薄膜和Si衬底之间生成了非化学配比的HfSixOy和HfSix混合界面层.该界面层的出现降低了薄膜的有效介电常数,而界面层中的电荷捕获陷阱则导致薄膜电容-电压曲线出现顺时针的回线.     

微纳米薄膜材料中激光皮秒超声的数值模拟

基于双温模型和热弹性耦合理论,采用有限元方法,针对A1/Si3N4和A1/Si3N4/Si两种层状薄膜材料中激励皮秒超声,建立激光飞秒超声的有限元数值模型,得到A1薄膜中电子和晶格的温度场,进而分析薄膜内部的应变和表面位移响应.对比研究了双温模型理论和傅里叶热传导理论的计算,结果表明皮秒超声研究采用双温模型求解温度场更为合适,数值分析得到应变具有幅值较小且波形展宽的结果.表面位移响应峰的形成是超声波在薄膜材料界面处发生反射引起的.     

Si83Ge17／Si压应变衬底上HfO2栅介质薄膜的电学性能

本文用射频磁控溅射方法在p-si83Ge17／Si压应变衬底上沉积制备Hf02栅介质薄膜,研究其后退火处理前后的电学性能,并与相同条件沉积在无应变p-Si衬底上Hf02薄膜的电学性能进行对比研究．物性测试分析结果表明,沉积Hf02薄膜为单斜相（m-Hf02）多晶薄膜,薄膜介电常数的频率依赖性较小,1MHz时薄膜介电常数k约为23．8．在相同的优化制备条件下,沉积在si83Ge17／si衬底上的Hf02薄膜电学性能明显优于沉积在Si衬底上的薄膜样品：薄膜累积态电容增加;平带电压‰骤减至-0．06V;电容．电压滞后回线明显减小;-1V栅电压下漏电流密度,减小至2．51 x 10-5A·cm-2．实验对比结果表明Si83Ge17应变层能有效地抑制Hf02与si之间的界面反应,改善HfO2／Si界面性质,从而提高薄膜的电学性能．     

激光薄膜的光学击穿阈值

本文阐述了激光与薄膜相互作用机理,提出了一种薄膜的激光损伤阈值定义——光学击穿阈值,该定义较现行的判别定义更为客观;给出了数种样品在此两种定义下的测试与比较结果.     

基底偏压对氮化硼薄膜场发射特性的影响

利用射频磁控溅射方法, 在n型（100）Si（0.008～0.02 Ω·m）基底上沉积了氮化 硼（BN）薄膜. 红外光谱分析表明, BN薄膜结构均为六角BN（h-BN）相. 在超高真空系统中 测量了BN薄膜的场发射特性, 发现BN薄膜的场发射特性与基底偏压关系很大, 阈值电场随基 底偏压的增加先增加后减小. 基底偏压为-140 V时BN薄膜样品场发射特性要好于其他样品, 阈值电场低于8 V/μm. F~N曲线表明, 在外加电场的作用下, 电子隧穿BN薄膜表面势垒发射 到真空.