用于光子芯片的ge—sb—se光學(xué)薄膜的制備與性能表征【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述通信工程通信工程用于光子芯片的用于光子芯片的GeGe—SbSb—SeSe光學(xué)薄膜的制備與性能表征光學(xué)薄膜的制備與性能表征摘要：摘要：隨著科技時(shí)代的到來(lái)，光學(xué)薄膜技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)不可或缺的技術(shù)，本文介紹了光學(xué)薄膜的發(fā)展歷史，光學(xué)薄膜技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展近況和研究方向，并且簡(jiǎn)單介紹了光學(xué)薄膜的制備方法以及各種不同的制備方法之間的差異。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：光學(xué)薄膜；磁控濺射；熱蒸發(fā)；光器件1、引言引言長(zhǎng)久以來(lái)，光學(xué)薄

2、膜技術(shù)一直是光學(xué)領(lǐng)域中不可忽略的重要基礎(chǔ)技術(shù)，目前隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的飛速發(fā)展，光學(xué)薄膜技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。小到日常生活中的各種生活用品，大到太空中的各種人造衛(wèi)星乃至于現(xiàn)代光通信，其中都有起到中要作用的光學(xué)薄膜元件。例如我們平常生活中戴的眼鏡的鏡片、數(shù)碼相機(jī)、鈔票顯示器上的防偽技術(shù)、平板顯示、光通信中的窄帶濾波片、高精密儀器中的各種薄膜元件等。在光學(xué)薄膜技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也導(dǎo)致了我們對(duì)光學(xué)薄膜的光學(xué)性能以及制備工藝的要求

3、越來(lái)越高?，F(xiàn)如今，絕大多數(shù)的從事于光學(xué)薄膜技術(shù)研究領(lǐng)域的單位都在致力于如何在實(shí)際生產(chǎn)中得到較高的薄膜質(zhì)量和較好的成品率。2、研究的背景和意義研究的背景和意義隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展的同時(shí)，也推動(dòng)了光學(xué)薄膜技術(shù)水平的不斷提高，現(xiàn)如今，光學(xué)薄膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，例如天文技術(shù)、宇航技術(shù)、紅外物理學(xué)、光學(xué)儀器、以及激光技術(shù)等等。追溯光學(xué)薄膜的歷史，最早的時(shí)候羅伯特波義爾（RobertBoyle）和羅伯特胡克（RobertHooke）

4、各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的所謂“牛頓環(huán)”現(xiàn)象，可以算是現(xiàn)代薄膜光學(xué)的萌芽，在今天這種現(xiàn)象對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，其僅僅是由于在厚度變化的單層膜中光的干涉現(xiàn)象引起的，然而在那一時(shí)代，由于科學(xué)水平的落后，這一現(xiàn)象無(wú)法被人們所理解，直到1801年11月12日，托馬斯楊（ThomasYoung）對(duì)英國(guó)皇家協(xié)會(huì)發(fā)表了著名的貝克萊演說(shuō)時(shí)，闡述了光的干涉現(xiàn)象以及原理，并對(duì)這一現(xiàn)象做了第一個(gè)完整的解釋。奧古斯廷瓊菲涅耳（AugustinJeanFresnel）更進(jìn)一步的發(fā)揚(yáng)

5、傳播了托馬斯楊所主張的光的波動(dòng)理論，特別是用在衍射領(lǐng)域內(nèi)。在1832年，菲涅爾提出了反射定律與折射定律，也就是“菲涅爾定律”，該定律是研究薄膜系統(tǒng)內(nèi)的干涉的基礎(chǔ)。薄膜光學(xué)的真正起步時(shí)間應(yīng)該算于從1817年夫瑯和費(fèi)（Fraunhoer）用酸蝕法在世界上制備的第一批減反射膜，同時(shí)在十九世紀(jì)，光的摻Er3鉍酸鹽玻璃表面等離子共振熒光增強(qiáng)的機(jī)理研究的研究，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家光通信水平的重要指標(biāo)。4、光學(xué)薄膜的制備、光學(xué)薄膜的制備光學(xué)

6、薄膜可以采用物理汽相沉積（PVD）和化學(xué)液相沉積（CLD）兩種工藝來(lái)獲取?；瘜W(xué)液相沉積法所使用的設(shè)備一般較為簡(jiǎn)單，價(jià)格也相對(duì)比較便宜，制造成本低，但是利用化學(xué)方法制備的薄膜膜層厚度不能精確控制，膜層強(qiáng)度差，較難獲得多層膜，而且在化學(xué)反應(yīng)時(shí)還存在廢水廢氣造成污染的問(wèn)題，同時(shí)由于該方法所得到的薄膜材料是通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)于反應(yīng)物和生成物的選擇具有一定的局限性，而且一般情況下化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度較高，基片所處的環(huán)境溫度同樣很高，這

7、樣也同時(shí)限制了基片材料的選擇。而物理汽相沉積法則顯示出了獨(dú)有的優(yōu)越性，它對(duì)基片材料以及沉積材料的選擇均都沒(méi)有局限性，雖然該方法需要使用真空鍍膜機(jī)，制造成本高，但膜層厚度可以精確控制，膜層強(qiáng)度好，目前已經(jīng)被廣泛采用。物理汽相沉積法由三個(gè)基本方法，即真空蒸鍍、離子鍍和濺射法組成，由這些基本方法又派生出了各種改進(jìn)的方法。在本次實(shí)驗(yàn)中，由于受到實(shí)驗(yàn)室儀器的限制，將采用真空蒸鍍中的電阻加熱蒸鍍法和濺射中的磁控濺射法來(lái)制備光學(xué)薄膜。利用電阻加熱器加

8、熱蒸發(fā)（熱蒸發(fā)法）的鍍膜機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、使用可靠，可用于熔點(diǎn)不太高的材料，特別使用于對(duì)膜層質(zhì)量要求不太高的大批量生產(chǎn)。然而，熱蒸發(fā)法鍍制的光學(xué)薄膜膜層與初始玻璃的組分差異較大，其主要原因在于玻璃材料液相往汽相轉(zhuǎn)變時(shí)可能出現(xiàn)多種不同于固態(tài)玻璃組分的結(jié)構(gòu)體，這些結(jié)構(gòu)體中，蒸氣壓高的結(jié)構(gòu)體可能優(yōu)先沉積，同時(shí)，電阻加熱所能打到的最高溫度有限，加熱器的壽命相對(duì)較短。而磁控濺射法鍍制的光學(xué)薄膜膜層具有極其優(yōu)良的性能，薄膜與基片附著性好、致密

9、度高，同時(shí)磁控濺射裝置性能穩(wěn)定，便于操作，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)重復(fù)性好，便于大批量生產(chǎn)，因此在生產(chǎn)部門(mén)中得到廣泛的應(yīng)用。磁控濺射法是一種高溫低速的濺射方法，它對(duì)陰極濺射中電子使基片溫度升高過(guò)快的致命缺點(diǎn)加以改進(jìn)，在被濺射的靶材（陽(yáng)極）與陰極之間加上一個(gè)正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，其中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向相互垂直。在鍍膜室內(nèi)抽真空氣壓到達(dá)一定壓強(qiáng)時(shí)，充入一定量的氬氣，在陰極和陽(yáng)極之間施加適當(dāng)?shù)碾妷海阍阱兡な覂?nèi)長(zhǎng)生磁控型異常輝光放電，氬氣被電離。在正交的磁場(chǎng)

10、和電場(chǎng)作用下，電子以輪擺線的形式沿著靶表面前進(jìn)，電子運(yùn)動(dòng)被束縛在一定的空間內(nèi)，顯著的延長(zhǎng)了電子的運(yùn)動(dòng)路程，增加了同工作氣體分子的碰撞幾率，減少了電子在容器壁上的復(fù)合損耗，從而大大的提高了電子的電離效率。電子經(jīng)過(guò)多次碰撞后，喪失了能量成為“最終電子”進(jìn)入離陰極靶面較遠(yuǎn)的弱電場(chǎng)區(qū)，最終到達(dá)陽(yáng)極時(shí)能量消耗殆盡成為低能電子，也就無(wú)法再使基片過(guò)熱，因此基片溫度可大大的降低。同時(shí)高密度等離子體被磁場(chǎng)束縛在靶面附近，又不與基片接觸，如此所長(zhǎng)生的正離子