1 重庆大学 应用物理系, 重庆 400030
2 重庆光电研究所, 重庆 400060
通过分析ZrO2薄膜电子束沉积时氧压、衬底转动及温度对薄膜相结构、晶粒尺寸和粗糙度的影响, 对ZrO2薄膜微结构特性与抗激光诱导损伤性能的关系进行了研究.ZrO2薄膜衬底无转动沉积时晶体以四方相为主, 而转动沉积时形成具有较高激光损伤阈值的单斜相结构.薄膜晶粒尺寸和粗糙度均随氧压的升高而减小, 四方相受氧压影响变化明显高于单斜相, 氧压的继续升高使多晶形态向非晶形态逐渐转变.多晶结构的损伤阈值随着晶粒尺寸的减小而增高, 薄膜表面粗糙度随着沉积温度的升高略有增加, 且多晶结构的损伤阈值明显要高于非晶结构, ZrO2薄膜损伤阈值(E)与粗糙度(σ)基本符合关系: Eσα=β(α=1.41, β=2.25).
ZrO2薄膜 电子束蒸发 氧分压 激光损伤阈值 ZrO2 film electron beam evaporation oxygen pressure laser induced damage threshold
1 电子科技大学,应用物理系,成都,610054
2 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
分别采用电子束热蒸发技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了光学厚度相近的ZrO2单层薄膜,测试了两类薄膜的激光损伤阈值.分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌.实验结果表明:两类薄膜的不同损伤形貌与薄膜的热吸收与微观结构有关, 物理法制备的ZrO2膜结构致密紧凑,膜层的杂质和缺陷多;化学法制备的ZrO2膜结构疏松多孔,膜层纯净杂质少,激光损伤阈值达26.9 J/cm2;因物理法制备的ZrO2膜拥有更大的热吸收(115.10×10-6)和更小的孔隙率(0.20),其激光损伤阈值较小(18.8 J/cm2),损伤主要为溅射和应力破坏,而化学法制备的ZrO2膜的损伤主要为剥层.理论上对实验结果进行了解释.
ZrO2薄膜 激光损伤阈值 热吸收 孔隙率 损伤形貌 电子束热蒸发 溶胶-凝胶 强激光与粒子束
2007, 19(11): 1849
采用水热合成技术,制备了ZrO2胶体,用旋涂法镀制了单层ZrO2介质膜以及添加了有机粘合剂PVP的复合ZrO2-PVP薄膜.采用X射线衍射(XRD)、椭偏仪、红外分光光度计(FTIR)、原子力显微镜(AFM)等仪器对干凝胶及薄膜进行了性能测试和表征,并用输出波长为1.064 μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试其激光损伤阈值.测得ZrO2和ZrO2-PVP薄膜在300 ℃热处理60 min后的激光损伤阈值分别为24.5 J/cm2和37.8 J/cm2.研究表明:添加有机粘合剂后的复合薄膜具有平整的表面结构;有机粘合剂的添加有助于提高薄膜的折射率和激光损伤阈值,其中,ZrO2-PVP 复合薄膜的折射率可高达1.75,激光损伤阈值达到37.8 J/cm2,比ZrO2单层膜的激光损伤阈值提高50%.
ZrO2薄膜 激光损伤 水热合成 激光损伤阈值 有机粘结剂
1 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
2 成都精密光学工程研究中心,成都 610041
ZrO2是用于高抗激光损伤薄膜的重要材料,其结构及性能与沉积条件有很大关系。采用X射线衍射(XRD)技术分析了不同充氧条件和沉积温度对ZrO2薄膜组成结构的影响,并对不同工艺下制备的薄膜的表面粗糙度和激光损伤阈值进行了测量。结果发现随着氧压的升高,ZrO2薄膜将由单斜相多晶态逐渐转变为非晶态结构,而随着基片温度的增加,薄膜将由非晶态逐渐转变为单斜相多晶态。同时发现随着氧压升高晶粒尺寸减小,而随着沉积温度增加,晶粒尺寸增大。氧压增加时工艺对表面粗糙度有一定程度的改善,而沉积温度升高,工艺对表面粗糙度的改善不明显。晶粒尺寸大小变化与表面粗糙度变化存在对应关系。激光损伤测量表明,氧压条件和沉积温度对ZrO2薄膜的抗激光损伤能力有着较大影响。
薄膜光学 ZrO2薄膜 X射线衍射 氧压 基体温度 激光损伤
中国科学院上海光学精密机械研究所光学薄膜技术研究与发展中心, 上海 201800
采用ZYGO MarkⅢ-GPI数字波面干涉仪对电子束蒸发方法制备的ZrO2薄膜中的残余应力进行了研究,讨论了沉积温度、沉积速率等工艺参量对ZrO2薄膜残余应力的影响。实验结果表明
薄膜物理 残余应力 ZrO2薄膜 沉积温度 沉积速率
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
在电子束蒸发沉积制备ZrO2薄膜的过程中,采用石英晶体振荡法监控膜厚和沉积速率。用NKD7000分光光度计测量了ZrO2薄膜的折射率和膜厚,用原子力显微镜分别观测了不同工作气压和沉积速率下薄膜的表面形貌、均方根粗糙度。结果表明,随着工作气压的升高,膜层的结构变疏松,薄膜的折射率和均方根粗糙度都随之减小。随着沉积速率的增大,膜层的结构变致密,薄膜的折射率和均方根粗糙度都随之增大。并且从工具因子（TF）的角度得到了证实。实际镀膜过程中应该根据激光薄膜的应用需要选用合适的工艺条件,在允许的均方根粗糙度范围内提高膜层的结构致密性和折射率。
薄膜 ZrO2薄膜 工作气压 沉积速率 石英晶体振荡法
中国科学院上海光学精密机械研究所光学薄膜技术研究与发展中心, 上海 201800
ZrO2薄膜样品在不同的沉积温度下用电子束蒸发的方法沉积而成。利用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)检测了ZrO2薄膜的晶体结构和表面形貌,发现室温下沉积ZrO2薄膜样品为非晶结构,随着沉积温度升高,ZrO2薄膜出现明显的结晶现象,在薄膜中同时存在四方相及单斜相。薄膜表现为自由取向生长,晶粒尺寸随沉积温度升高而增大。同时发现薄膜中的残余应力随沉积温度的升高,由张应力状态变为压应力状态,这一变化主要是薄膜结构变化引起的内应力的作用结果。同时讨论了不同沉积温度对ZrO2薄膜光学性质的影响。
薄膜物理学 ZrO2薄膜 电子束蒸发 沉积温度
中国科学院上海微系统和信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室,上海,200050
采用准分子脉冲激光沉积法(PLD)分别在Pt/Ti/SiO2/Si和SiO2/Si衬底上制备了ZrO2薄膜，采用扩展电阻法（SRP）研究了薄膜纵向电阻分布；采用X射线衍射法（XRD）研究了衬底温度对ZrO2薄膜结晶性能的影响；精确测试了薄膜的表面粗糙度；讨论了薄膜结晶性能与其电学I-V特性之间的关系。
薄膜物理学 ZrO2薄膜 脉冲激光沉积法 衬底温度 结晶结构 电学性能
