[發明專利]提高氧化鉿膜層折射率的方法

在審

• 申請號: 201610021398.6
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105506560A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 朱美萍;邢煥彬;柴英杰;孫建;易葵;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/08;C23C14/10;C23C14/54
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明與電子束蒸發鍍膜技術有關，涉及一種提高氧化鉿(HfO₂)膜層折射率 的方法。

背景技術

HfO₂是目前制備高功率激光(納秒脈沖)用薄膜元件最常用的高折射率鍍膜材 料，因其具有相對較高的激光損傷閾值、優良的熱穩定性和化學穩定性，以及從紫 外到紅外的大的光學透明區域。在諸多的沉積技術之中，電子束蒸發技術是目前國 內外制備大型高功率激光裝置中大尺寸薄膜元件最常用的制備方法。然而，電子束 蒸發鍍膜技術制備的薄膜具有多孔性，使得膜層折射率低于體材料的折射率。多層 介質反射膜的反射率和帶寬取決于膜系周期數和高低折射率材料的折射率差異。對 于給定的周期數，高低折射率材料的折射率差異越大則反射率越高，帶寬越大。因 此，提高高折射率材料的折射率有助于減少獲得給定反射率所需的膜層周期數。

為了提高特定鍍膜材料的折射率，可以采取以下幾種方法：一、提高膜層沉積 時的環境氣壓。對于像HfO₂這類氧化物膜層，在鍍膜過程中都會充入氧氣，以確保 膜料在沉積過程充分氧化。提高膜層沉積時的環境氣壓，即減少鍍膜過程充入的氧 氣量，能夠在一定程度上增加膜層的折射率，然而，減少充氧量可能會導致膜層氧 化不充分，引起膜層吸收，從而降低抗激光損傷閾值。二、提高膜料沉積速率也能 夠提高膜層折射率。提高膜層沉積速率需要更高的電子束束流，然而，電子束束流 增加卻有可能引起膜料噴濺，導致膜層缺陷密度增大，引起抗激光損傷閾值下降。 三、提高烘烤溫度也是提高膜層折射率手段之一。但由于鍍膜基底在其加工過程中 引入的亞表面缺陷會在高溫下遷移至基底表面，從而降低抗激光損傷閾值。

綜上所述，上述提高膜層折射率的手段均有可能會影響薄膜元件的抗激光損傷 閾值，而抗激光損傷閾值是評價高功率激光用薄膜元件最關注的性能之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術的不足，提供一種提高HfO₂膜 層折射率的方法。本發明在不降低膜層其它性能的前提下，不但能夠提高HfO₂膜層 的折射率，而且提高膜層帶隙，從而能夠在一定程度上提升HfO₂膜層的抗激光損傷 能力。

本發明的解決方案如下:

一種提高HfO₂膜層折射率的方法，使用電子束蒸發鍍制HfO₂膜層，其特點在于： 該方法是在蒸發第一蒸發源的HfO₂膜料的同時，蒸發第二蒸發源的SiO₂膜料，HfO₂膜料沉積速率υ_H和SiO₂膜料沉積速率υ_L的比例大于4:1。

采用電子束蒸發鍍膜機進行鍍膜，其特征在于該方法的具體步驟如下：

1)添加膜料：在第一蒸發源添加HfO₂膜料，第二蒸發源添加SiO₂膜料；

2)向計算機輸入鍍膜參數：HfO₂膜料的沉積速率υ_H、SiO₂膜料的沉積速率υ_L、 監控波長λ和所需鍍制的膜系，且HfO₂膜料沉積速率υ_H和SiO₂膜料沉積速率υ_L的 比例大于4:1；

4)開機鍍膜：

①計算機通過25針并口向擋板開關控制電路發出信號，經左槍擋板控制器、 右槍擋板控制器同時打開第一蒸發源擋板和第二蒸發源擋板，開始同時蒸發HfO₂膜料和SiO₂膜料；