一种超高反射率薄膜的制备方法技术

本发明专利技术的实施例涉及了一种超高反射率薄膜的制备方法，属于光学镀膜和精密测量领域；该制备方法包括：以氩气为工作气体，氧气为反应气体，利用第一靶材以磁控溅射方式对样品表面进行第一镀膜处理，得到第一氧化物膜；以氩气为工作气体，氧气为反应气体，利用第二靶材以磁控溅射方式对样品表面进行第二镀膜处理，得到第二氧化物膜；交替地重复第一镀膜处理和第二镀膜处理的操作，使得第一氧化膜和第二氧化膜交叠形成叠层结构，得到超高反射率薄膜；在第一镀膜处理和第二镀膜处理的过程中，分别使用辅助射频等离子体轰击样品表面，以增强第一氧化物和第二氧化物在样品表面的原子迁移率，从而形成具有原子级平整表面的第一氧化物膜和第二氧化物膜

【技术实现步骤摘要】
一种超高反射率薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及光学镀膜和精密测量
，具体涉及一种超高反射率薄膜的制备方法
。

技术介绍

[0002]高性能法布里－珀罗光学腔可提供较高频率稳定度和较高品质因子，推动精密测量领域实现较为重大地突破
。
在时频精度上，可提升原子光钟稳定度；在空间尺度上，可提升激光干涉引力波测量精度；在原子分子数精度上，可提升光腔衰荡光谱最高测量灵敏度；在定位精度上，可降低激光陀螺仪的拍频不稳定度
。
[0003]超高反射率薄膜是高性能光学腔的核心部件之一，当前制备超高反射率薄膜的方法主要是采用离子束溅射镀膜设备
。
该设备需要使用两个独立控制的离子源，使得设备造价昂贵，维护成本高，不利于日常运行以及广泛地推广应用
。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题中的至少之一或一部分，本专利技术的实施例提供了超高反射率薄膜的制备方法，通过在传统的磁控溅射镀膜过程中，使用原本用于清洁样品的辅助射频等离子体轰击样品表面，可形成具有原子级平整表面的膜层，由此制备的高
、
低折射率膜交替的介质膜具有超过
99.999%
的超高反射率，降低设备的造价以及维护成本
。
[0005]本专利技术提供了一种超高反射率薄膜的制备方法，包括：以氩气为工作气体，氧气为反应气体，利用第一靶材以磁控溅射方式对样品表面进行第一镀膜处理，得到第一氧化物膜；以氩气为工作气体，氧气为反应气体，利用第二靶材以磁控溅射方式对样品表面进行第二镀膜处理，得到第二氧化物膜；交替地重复第一镀膜处理和第二镀膜处理的操作，使得第一氧化物膜和第二氧化物膜交叠形成叠层结构，得到超高反射率薄膜
。
在第一镀膜处理和第二镀膜处理的过程中，分别使用辅助射频等离子体轰击样品表面，以增强第一氧化物和第二氧化物在样品表面的原子迁移率，从而形成具有原子级平整表面的第一氧化物膜和第二氧化物膜
。
[0006]根据本专利技术的一些实施例，得到第一氧化物膜的操作包括：将由氧气形成的氧等离子体作用于磁控溅射反应腔室中的第一靶材，以在第一靶材的表面形成第一氧化物，使用由氩气形成的氩等离子体轰击第一靶材表面的第一氧化物，使得溅射出的第一氧化物沉积至样品表面，得到第一氧化物膜
。
得到第二氧化物的操作包括：将由氧气形成的氧等离子体作用于所述磁控溅射反应腔室中的第二靶材，以在第二靶材的表面形成第二氧化物，使用由氩气形成的氩等离子体轰击第一靶材表面的第二氧化物，使得溅射出的第二氧化物沉积至样品表面，得到第二氧化物膜
。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，在对样品表面进行镀膜处理前，制备方法还包括对第一靶材和第二靶材进行预溅射处理，包括：在第一挡板遮挡第一靶材的情况下，使用氩等离子体轰击第一靶材，以清洁第一靶材的表面；
在第二挡板遮挡第二靶材的情况下，使用氩等离子体轰击第二靶材，以清洁第二靶材的表面
。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，辅助射频等离子体的功率为
0~500W。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，辅助射频等离子体的功率具体为
50~150W。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，在进行第一镀膜处理和
/
或第二镀膜处理时，氧气的通入流量为
0~20sccm
；氩气的通入流量为
0~100sccm。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，在样品表面进行镀膜处理前，制备方法还包括对样品表面进行预处理，包括：依次超声清洗
、
水洗
、
干燥和加热处理样品表面，以去除样品表面附着的污染物
。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，对样品表面进行预处理还包括：通入流量为
30sccm
以上的氩气至磁控溅射反应腔室，并控制反应腔室的真空度为
2~4mTorr
，使用功率为
50~75W
的辅助射频等离子体轰击样品表面，以对样品表面进行干法清洁和活化
。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，第一靶材为金属钽，第一氧化物为氧化钽；第二靶材为硅，第二氧化物为氧化硅
。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，以一层氧化钽和一层氧化硅组成的交替层为一个周期，叠层结构的周期数为
18~21。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，氧化钽和氧化硅的叠层结构的周期数具体为
19。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，样品为熔融石英材质的平平面镜或平凹面镜，平凹面镜的曲率半径为
1~10m。
[0017]基于本专利技术上述实施例的超高反射率薄膜的制备方法，通过在传统的磁控溅射镀膜过程中使用原本用于清洁样品的辅助射频等离子体，在不额外引入其他离子源的前提下，使用辅助射频等离子体在镀膜过程中轰击样品表面，提升了溅射的氧化物在样品表面的迁移长度，从而降低了样品表面的粗糙度，提高了形成的薄膜表面的平整度并提升形成薄膜的界面陡峭度
。
从而抑制了薄膜表面和界面散射的损耗
。
本专利技术的实施例在镀膜过程中辅助使用的射频等离子体源为溅射机内通常用于预镀膜表面等离子体清洁步骤的结构，在设备配置中无需额外的溅射成本，有利于进行广泛地推广应用
。
附图说明
[0018]以下结合附图对本专利技术做进一步详细描述
。
[0019]图1为根据本专利技术实施例提出的一种超高反射率薄膜的制备方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例提出的射频等离子体辅助磁控溅射镀膜的工作原理图；图3为根据本专利技术实施例提出的超高反射率薄膜的剖面示意图；图
4a
为根据本专利技术实施例提出的氧化硅和氧化钽的表面粗糙度随功率变化曲线图；图
4b
为根据本专利技术实施例提出的辅助射频等离子的功率为
0W
时轰击作用下氧化硅的表面形貌图；图
4c
为根据本专利技术实施例提出的辅助射频等离子的功率为
50W
时轰击作用下氧化硅的表面形貌图；图
4d
为根据本专利技术实施例提出的辅助射频等离子的功率为
75W
时轰击作用下氧化
硅的表面形貌图；图
4e
为根据本专利技术实施例提出的辅助射频等离子的功率为
100W
时轰击作用下氧化硅的表面形貌图；图
5a
为根据本专利技术实施例1提出的熔融石英材质的平平面镜基底的表面形貌图；图
5b
为根据本专利技术实施例1提出的熔融石英材质的平凹面镜基底的表面形貌图；图
5c
为根据本专利技术实施例1提出的熔融石英材质的平平面镜镀膜后的表面形貌图；图
5d
为根据本专利技术实施例1提出的熔融石英材质的平凹面镜镀膜后的表面形貌图；图6为根据本专利技术实施例1提出的超高反射率薄膜的透射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超高反射率薄膜的制备方法，其特征在于，包括：以氩气为工作气体，氧气为反应气体，利用第一靶材以磁控溅射方式对样品表面进行第一镀膜处理，得到第一氧化物膜；以氩气为工作气体，氧气为反应气体，利用第二靶材以磁控溅射方式对样品表面进行第二镀膜处理，得到第二氧化物膜；交替地重复所述第一镀膜处理和所述第二镀膜处理的操作，使得所述第一氧化物膜和所述第二氧化物膜交叠形成叠层结构，得到超高反射率薄膜；其中，在所述第一镀膜处理和所述第二镀膜处理的过程中，分别使用辅助射频等离子体轰击样品表面，以增强所述第一氧化物和所述第二氧化物在所述样品表面的原子迁移率，从而形成具有原子级平整表面的所述第一氧化物膜和所述第二氧化物膜
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：得到第一氧化物膜的操作包括：将由氧气形成的氧等离子体作用于磁控溅射反应腔室中的第一靶材，以在所述第一靶材的表面形成第一氧化物，使用由氩气形成的氩等离子体轰击所述第一靶材表面的所述第一氧化物，使得溅射出的所述第一氧化物沉积至样品表面，得到第一氧化物膜；得到第二氧化物的操作包括：将由氧气形成的氧等离子体作用于所述磁控溅射反应腔室中的第二靶材，以在所述第二靶材的表面形成第二氧化物，使用由氩气形成的氩等离子体轰击所述第一靶材表面的所述第二氧化物，使得溅射出的所述第二氧化物沉积至样品表面，得到第二氧化物膜
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在对所述样品表面进行镀膜处理前，所述制备方法还包括对所述第一靶材和所述第二靶材进行预溅射处理，包括：在第一挡板遮挡所述第一靶材的情况下，使用氩等离子体轰击第一靶材，以清洁所述第一靶材的表面；在第二挡板遮挡所述第二靶材的情况下，使用氩等离子体轰击第二靶材，以清洁所述第二靶材的表面
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辅助射频等离子体的功率为
0~500W。5.
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍永恒，钟东勳，陈宇翱，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：