SiO-,x-漸變折射率薄膜與ZnO透明導(dǎo)電薄膜的反應(yīng)磁控濺射工藝及機(jī)理研究.pdf

1、光學(xué)薄膜被廣泛應(yīng)用于科研、國(guó)防軍事以及民用產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。隨著光通信、平板顯示等技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，以及軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域新的需求，對(duì)光學(xué)薄膜性能的要求越來(lái)越高，對(duì)光學(xué)薄膜材料也提出了新的挑戰(zhàn)。 SiOx和ZnO材料體系都是儲(chǔ)量豐富，綠色環(huán)保的新型光學(xué)薄膜材料，在光學(xué)及半導(dǎo)體電器件等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。SiOx具有折射率在大范圍可調(diào)，紅外光波段透明性好的特點(diǎn)；摻雜的ZnO可以具有良好的透明導(dǎo)電性能。磁控濺射技術(shù)是一種已經(jīng)

2、被廣泛采用的成熟的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。精確及可重復(fù)地控制SiOx薄膜材料的折射率及膜厚，抑制ZnO薄膜制備過(guò)程中的反濺射現(xiàn)象，是決定這兩種材料體系能否真正獲得產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。 本論文以SiOx和ZnO材料體系為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了磁控濺射工藝條件對(duì)薄膜的化學(xué)成分、微結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性等的影響。從應(yīng)用的角度重點(diǎn)研究了用反應(yīng)磁控濺射穩(wěn)定地獲得SiOx中間折射率材料及相關(guān)光學(xué)薄膜器件的工藝，分析了利用自由基輔助磁控濺射技術(shù)制備ZnO薄

3、膜的反濺射現(xiàn)象和機(jī)理。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和分析，取得了如下一些結(jié)果： 1.SiOx漸變折射率材料的反應(yīng)磁控濺射工藝研究及SiOx/SiO2多層膜紅外濾波片光學(xué)薄膜器件的制備： (1)利用反應(yīng)磁控濺射鍍膜技術(shù)，通過(guò)改變氧氣流速或?yàn)R射功率，精確可重復(fù)地獲得了折射率在3.69到1.44(@λ=1550mm)之間可任意調(diào)控的SiOx(0≤x≤ 2)薄膜材料； (2)利用SiOx/SiO2材料組合，成功地演示了具有高折

4、射率比的多層膜帶通和反射紅外濾光片光學(xué)薄膜器件： (3)從原理和實(shí)驗(yàn)上證明了采用單一的硅濺射靶材可以制備具有良好光學(xué)特性的紅外光學(xué)器件，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的技術(shù)和方法。 2.用SiOx制備漸變折射率RugateFilter的理論及工藝研究： (1)從理論分析的角度討論了材料的選擇及折射率分布的設(shè)計(jì)對(duì)rugatefilter光學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，選擇合適的折射率振幅調(diào)制函數(shù)及引入界面折射率匹配層，

5、可以使rugatefilter的光學(xué)特性得到很大的改善。 (2)通過(guò)調(diào)節(jié)SiOx中的氧含量，成功地制備了具有較好光學(xué)性能的漸變折射率rugatefilter光學(xué)薄膜器件。 3.用自由基輔助磁控反應(yīng)濺射法制備ZnO透明導(dǎo)電薄膜過(guò)程中的反濺射現(xiàn)象研究： (1)濺射損失主要來(lái)源于擴(kuò)散沉積和反濺射兩種機(jī)制； (2)在濺射區(qū)高能氧負(fù)離子對(duì)低氧化狀態(tài)ZnOx膜的轟擊是導(dǎo)致反濺射的主要因素。反濺射效應(yīng)的強(qiáng)弱取決于沉積Z