[發明專利]梯度折射率薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910098784.5
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101560653A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 章岳光;何俊鵬;沈偉東;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C23C16/52
• 分類號: C23C16/52;C23C16/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及光學薄膜領域，尤其是一種梯度折射率薄膜的制備方法。

背景技術

在光學薄膜領域中為了實現各種要求的膜系結構，通常要求有各種折射率的膜料，但自然界中能用于光學薄膜制備的光學膜料是非常有限的，而且，由于防潮性能和膜層硬度的原因，能供選擇用于高質量膜層的材料更少，本發明通過使用原子層沉積技術，使用各種性能較好的高、低兩種折射率膜料，采用交替沉積的方法，實現不同折射率的材料，通過工藝條件的控制，實現不同折射率的大小，而且工藝簡單，膜層穩定性好、可靠性好，折射率可控、可根據需要調節等。

梯度折射率薄膜，又稱為非均勻膜，其主要特征為沿著膜層表面的法線方向折射率連續變化，而在垂直于法線的水平方向上折射率保持不變….傳統光學薄膜是基于分層介質理論模型來設計的，但是，由于膜層之間存在界面，界面的躍變特性及其不穩定性，使得某些特定的光譜性能很難實現，且膜層間的界面是形成損傷或性能退化的薄弱環節；而非均勻膜既消除了膜層間的界面，又極大地增加了膜系設計的調控度。

梯度折射率薄膜的研究起步雖然較早，但是與均勻薄膜相比較，研究的并不是很多.其主要原因為制備過程復雜且較難控制.在應用上，目前主要是用在減反射膜、太陽能玻璃吸收膜、啁啾介質激光鏡和rugate濾光片等.非均勻薄膜的制備方法可以分為三大類：一是多源共蒸法；二是反應沉積法；三是沉積參數(如沉積溫度，基底溫度，氣壓)的變化來實現折射率的變化，但這僅僅帶來折射率的微小改變.目前主要研究的是反應沉積法和多源共蒸法.

在集成電路的制造中，必須沉積許多純的和混合材料薄膜，現已開發出許多技術來實現這類沉積。近年來，在該領域中沉積薄膜的主導技術是原子層沉積(ALD)，其證實具有優異的能力來提供均一平坦的膜層，并能很好地鍍覆通孔和晶片中的不平坦地形。ALD是最初被稱為原子層取向生長的一種方法，其權威的文獻是：Atomic?Layer?Epitaxy，Blackie，Glasgo?and?London出版(1990)。

ALD是一種這樣的方法，其中將常規的CVD方法分為兩個半反應步驟，一個ALD反應循環的4個步驟：(1)第一種反應前驅體以脈沖的方式進入反應腔并化學吸附在襯底表面；(2)待表面吸附飽和后，用惰性氣體將多余的反應前體吹洗出反應腔；(3)接著第二種反應前驅體以脈沖的方式進入反應腔，并與上一次化學吸附在表面上的前體發生反應；(4)待反應完全后再用惰性氣體將多余的反應前體及其副產物吹洗出反應腔。ALD薄膜生長的基礎是交替飽和的氣相一固相表面反應，當表面化學吸附飽和后，表面反應前體的數量不再隨時間增加，因此每次循環生長的薄膜都只是一個單原子層。

由于原子層沉積(ALD)是一種表面控制方法，每個周期只沉積一個單原子層，因此沉積的薄膜厚度是由反應物的供給周期決定的，即厚度隨著周期數目的線性增大。

采用高低折射率交替組合的極薄膜層可以近似成中間折射率薄膜，只要薄膜厚度比參考波長要小得多，組合膜就可以看成是連續的。調節兩種材料的厚度比例，就可以合成高低折射率之間的任意折射率。如果把梯度折射率膜層分成多個子層，然后用極薄層組合來代替這些子層，就可以在很寬的波長范圍內達到梯度折射率的效果。ALD方法的突出優點是可以精確控制極薄層膜的厚度，采用這種方法就可以實現常規方法難以完成的梯度折射率膜的制備，如用于飛秒激光的有極薄厚度層的啁啾鏡等。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種梯度折射率薄膜的制備方法。

梯度折射率薄膜的制備方法包括如下步驟：

1)將兩種低折射率材料反應前驅體放入原子層沉積鍍膜機的第一反應前驅體容器和第三反應前驅體容器，兩種高折射率材料反應前驅體分別放入原子層沉積鍍膜機的第二反應前驅體容器和第四反應前驅體容器；

2)將原子層沉積鍍膜機中的襯底加熱到100℃～400℃，抽真空至0.1～1Torr，開啟原子層沉積鍍膜機；

3)開啟原子層沉積鍍膜機的第一閥門P1和第三閥門P3，分別通入第一反應前驅體和第三反應前驅體，沉積低折射率膜層1～100循環，得到低折射率膜單層；

4)關閉原子層沉積鍍膜機的第一閥門P1和第三閥門P3，開啟原子層沉積鍍膜機的第二閥門P2和第四閥門P4，分別通入第二反應前驅體和第四反應前驅體，沉積高折射率膜層1～100循環，得到高折射率膜單層；

5)高折射率膜單層和低折射率膜單層形成折射率子層，交替沉積10～100次形成梯度折射率薄膜。