光学介质薄膜、Al2O3、含硅薄膜、激光器腔面膜的制备方法技术

一种光学介质薄膜、Al2O3、含硅薄膜、激光器腔面膜的制备方法，其中，光学介质薄膜的制备方法包括：将衬底放置在电子束蒸发设备的腔室中，抽真空；采用离化的氩气和氮气在高能电场下轰击衬底表面；高能电子分批次轰击光学介质的靶材，对光学介质粒子分步预熔；在衬底上沉积所述光学介质粒子，完成光学介质薄膜的制备。本发明专利技术的制备方法无需退火过程，避免了退火过程中对光学介质薄膜光学和机械性能等的影响，从而得到高质量的光学介质薄膜，为各种增透膜和高反膜的制备奠定基础。

Preparation method of optical dielectric film, Al2O3, silicon containing film and laser cavity mask

A kind of optical dielectric thin film, Al2O3, silicon film, laser cavity mask preparation method, which includes the preparation method of optical dielectric thin film: placing the substrate in the chamber of electron beam evaporation equipment, vacuum pumping; the argon and nitrogen in high electric field under the bombardment of the surface of the substrate; the target of high energy electron bombardment in batches of optical media, the optical medium particle step pre melting; depositing the optical medium particles on the substrate, complete optical dielectric thin film preparation. The preparation method of the invention without annealing process, to avoid the influence on the optical dielectric thin film optical and mechanical properties of the annealing process, so as to obtain high quality optical dielectric thin film, antireflection film and high reflection film preparation and lay the foundation for a variety of.

【技术实现步骤摘要】
光学介质薄膜、Al2O3、含硅薄膜、激光器腔面膜的制备方法
本专利技术属于光学薄膜制备领域，更具体地涉及一种光学介质薄膜、Al2O3、含硅薄膜、激光器腔面膜的制备方法。
技术介绍
光学薄膜技术是一门交叉性很强的学科，它涉及真空技术、材料科学、精密机械制造、自动控制技术等各个领域。光学薄膜是一类重要的光学元件，可分光透射，分光反射，分光吸收以及改变光的偏振状态或相位，用于各种反射膜、增透膜和干涉滤光片，广泛地应用于现代光学、光学工程以及其他相关的科学
21世纪初光电子技术迅速发展，光学薄膜器件的应用也向着性能要求更高、技术难度更难和器件种类更多等方向迅猛发展，对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用。目前在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。光学薄膜可以采用物理气相学沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和化学液相沉积(CLD)三种技术来制备，物理气相学沉积(PVD)制备光学薄膜这一技术目前已被广泛采用，从而使各种光学薄膜在各个领域得到广泛的应用。物理气相学沉积根据膜料汽化方式的不同，又分为热蒸发、溅射、离子镀及离子辅助镀技术。但通常在激光器腔面膜的制备过程中，需要有退火过程，而在退火过程中会对激光器的效率、波长等性能产生影响，从而使得激光器的转换效率降低、波长出现漂移等。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的主要目的在于提供一种光学介质薄膜、Al2O3、含硅薄膜、激光器腔面膜的制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术公开了一种光学介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将衬底放置在电子束蒸发设备的腔室中，抽真空；步骤2、采用离化的氩气和氮气在高能电场下轰击衬底表面；步骤3、高能电子分批次轰击光学介质的靶材，对光学介质粒子分步预熔；步骤4、在衬底上沉积光学介质粒子，完成光学介质薄膜的制备。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤1中，电子束蒸发设备包括离子源辅助电子束蒸发设备。在本专利技术的一些实施例中，上述衬底为蓝宝石衬底、GaAs衬底或GaSb衬底；衬底的表面起伏均方根为0.1nm数量级。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤1中，对电子束蒸发设备的腔室抽真空时，通过机械泵和低温泵依次运作进行；电子束蒸发设备的腔室抽真空后真空度小于等于8×10-6Torr。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤2中，将衬底加热至150±10℃，保持1800秒后，采用离化的氩气和氮气在高能电场下轰击衬底表面；离化的氩气和氮气的体积流量比为1∶2；离化的氩气和氮气的纯度大于等于99.999％；轰击衬底表面的时间为300s；离化的氩气和氮气为通过阴极灯丝电流为20±0.5A、阳极驱动电流为1.2±0.1A的离子源离化得到。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤3中，电子枪发射的高能电子轰击光学介质的靶材时，打到靶材中心的高能电子的比例与光学介质材料的熔点、颗粒大小相匹配。在本专利技术的一些实施例中，通过晶体谐振器控制步骤4中沉积光学介质粒子的速率；该晶体谐振器的谐振频率为5989±10KHz。在本专利技术的一些实施例中，需要制备光学介质薄膜的样品放置在以转速n旋转的转盘上；转速n为8.1r/min；转盘的半径为30±1cm。为了实现上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术公开了一种Al2O3薄膜的制备方法，采用上述的光学介质薄膜的制备方法，其中，在步骤3中，光学介质的靶材为1～2.5mm的Al2O3颗粒；在步骤4中，采用离子源辅助沉积方法沉积Al2O3粒子。在本专利技术的一些实施例中，上述Al2O3粒子的沉积速率为离子源辅助沉积方法中，采用的离子源的灯丝电流为20±0.5A，驱动电流为1.8±0.1A；离子源辅助沉积方法中，采用的工艺气体为体积流量15SCCM的氩气和体积流量5SCCM氧气；氩气和氧气的纯度大于等于99.999％。在本专利技术的一些实施例中，电子枪发射的高能电子轰击Al2O3颗粒时，打到Al2O3颗粒中心的高能电子的比例为30％。为了实现上述目的，作为本专利技术的再一个方面，本专利技术公开了一种含硅薄膜的制备方法，采用上述的光学介质薄膜的制备方法，其中，在步骤3中，光学介质的靶材为1.5～3mm的SiO2颗粒或2～4mm的Si颗粒；当光学介质的靶材为2～4mm的Si颗粒时，在步骤4中，采用离子源辅助沉积方法沉积Si粒子。在本专利技术的一些实施例中，上述SiO2粒子的沉积速率为电子枪发射的高能电子轰击SiO2颗粒时，打到SiO2颗粒中心的高能电子的比例为80％。在本专利技术的一些实施例中，当上述光学介质的靶材为2～4mm的Si颗粒时，在步骤3中对Si粒子分步预熔前，Si颗粒还需要通过高能电子熔融，以由颗粒状转化为块状。在本专利技术的一些实施例中，上述Si粒子的沉积速率为离子源辅助沉积方法中，采用的离子源的灯丝电流为20±0.5A，驱动电流为1.8±0.1A；离子源辅助沉积方法中，采用的工艺气体为体积流量15SCCM的氩气；所述氩气的纯度大于等于99.999％。在本专利技术的一些实施例中，上述电子枪发射的高能电子轰击所述Si颗粒时，打到Si颗粒中心的高能电子的比例为20％。为了实现上述目的，作为本专利技术的又一个方面，本专利技术提出了一种激光器腔面膜的制备方法，采用上述的光学介质薄膜的制备方法。本专利技术提出的光学介质薄膜、Al2O3、含硅薄膜、激光器腔面膜的制备方法，具有以下有益效果：1、本专利技术的制备方法无需退火过程，避免了退火过程中对光学介质薄膜光学和机械性能等的影响，从而得到高质量的光学介质薄膜，为各种增透膜和高反膜的制备奠定基础；2、采用体积流量比为1∶2的离化的氩气和氮气轰击衬底表面，可以有效的达到清理衬底表面又不会伤害衬底表面的效果；3、通过晶体谐振器控制沉积光学介质粒子的速率，从而可在不损坏电子枪的前提下，保证稳定的沉积速率，得到高质量的薄膜，且沉积时间成本适当；4、打到所述靶材中心的高能电子的比例与所述光学介质材料的熔点、颗粒大小相匹配，从而可以保证单位面积得到足够的电子束能量，且能够保证稳定的轰出靶材原子；5、Al2O3的沉积过程中采用离子源辅助，可以使薄膜的光学性能更佳，适当的氧气可以在沉积过程中有效补充氧原子，使得膜层的吸收减少，波长漂移小；适当的氩气轰击样品表面可以轰去不牢靠的薄膜，使薄膜牢固度好；6、Si薄膜的沉积过程中采用离子源辅助，可以使薄膜的光学性能更佳，适当的氩气轰击样品表面可以轰去不牢靠的薄膜，使薄膜牢固度好；在沉积Si粒子之前进行预融处理，可将颗粒状的Si融化成熔融状态，从而去除颗粒的空气间隙，防止在沉积过程中进溅；7、激光器腔面膜的制备中，无需退火过程，可彻底避免退火过程中对激光器效率和波长等的影响，从而提高激光器的工作效率，使得输出波长稳定。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的Al2O3薄膜的制备方法制备得到的Al2O3薄膜的光学显微镜图；图2是本专利技术一实施例提出的Al2O3薄膜的制备方法制备得到的Al2O3薄膜的折射率与波长的曲线图；图3是本专利技术另一实施例提出的SiO2薄膜的制备方法制备得到的SiO2薄膜的光学显微镜图；图4是本专利技术另一实施例提出的SiO2薄膜的制备方法制备得到的SiO2薄膜的折射率与波长的曲线图；图5是本专利技术再一实施例提出的Si薄膜的制备方法制备得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将衬底放置在电子束蒸发设备的腔室中，抽真空；步骤2、采用离化的氩气和氮气在高能电场下轰击所述衬底表面；步骤3、高能电子分批次轰击所述光学介质的靶材，对所述光学介质粒子分步预熔；步骤4、在所述衬底上沉积所述光学介质粒子，完成所述光学介质薄膜的制备。

【技术特征摘要】
1.一种光学介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将衬底放置在电子束蒸发设备的腔室中，抽真空；步骤2、采用离化的氩气和氮气在高能电场下轰击所述衬底表面；步骤3、高能电子分批次轰击所述光学介质的靶材，对所述光学介质粒子分步预熔；步骤4、在所述衬底上沉积所述光学介质粒子，完成所述光学介质薄膜的制备。2.如权利要求1所述的光学介质薄膜的制备方法，其中，所述步骤1中，所述电子束蒸发设备包括离子源辅助电子束蒸发设备；所述衬底为蓝宝石衬底、GaAs衬底或GaSb衬底；所述衬底的表面起伏均方根为0.1nm数量级；对所述电子束蒸发设备的腔室抽真空时，通过机械泵和低温泵依次运作进行；所述电子束蒸发设备的腔室抽真空后真空度小于等于8×10-6Torr。3.如权利要求1所述的光学介质薄膜的制备方法，其中，所述步骤2中，将衬底加热至150±10℃，保持1800秒后，采用离化的氩气和氮气在高能电场下轰击所述衬底表面；所述离化的氩气和氮气的体积流量比为1∶2；所述离化的氩气和氮气的纯度大于等于99.999％；轰击所述衬底表面的时间为300s；所述离化的氩气和氮气为通过阴极灯丝电流为20±0.5A、阳极驱动电流为1.2±0.1A的离子源离化得到。4.如权利要求1所述的光学介质薄膜的制备方法，其中，所述步骤3中，电子枪发射的高能电子轰击所述光学介质的靶材时，打到所述靶材中心的高能电子的比例与所述光学介质材料的熔点、颗粒大小相匹配。5.如权利要求1所述的光学介质薄膜的制备方法，其中，通过晶体谐振器控制步骤4中沉积所述光学介质粒子的速率；所述晶体谐振器的谐振频率为5989±10KHz。6.如权利要求1所述的光学介质薄膜的制备方法，其中，需要制备所述光学介质薄膜的样品放置在以转速n旋转的转盘上；所述转速n为8.1r/min；所述转盘的半径为30±1cm。7.一种Al2O3薄膜的制备方法，采用如权利要求1至6中任一项所述的光学介质薄膜的制备方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢圣文，张宇，廖永平，牛智川，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11