酸蝕刻熔石英過程中再沉積物形成機理研究.pdf

1、酸蝕刻技術(shù)是一個基于氫氟酸與光學(xué)玻璃反應(yīng)提高激光損傷閾值的過程。酸蝕刻過程中再沉積物的形成過程涉及了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)過程、化學(xué)反應(yīng)空間分布等機理問題。再沉積物的種類及數(shù)量對光學(xué)玻璃激光誘導(dǎo)損傷閾值有重要影響。因此，研究 HF酸蝕刻熔石英過程中再沉積物形成機理及蝕刻后玻璃表面性質(zhì)的變化對光學(xué)玻璃激光誘導(dǎo)損傷閾值的影響，將為光學(xué)元件后處理提供必要的技術(shù)支撐。
　　本論文采用理論和實驗結(jié)合的方法，基于二維

2、傳質(zhì)模型與測量的酸蝕速率等數(shù)據(jù)對再沉積物的形成和傳質(zhì)過程原理進行了模擬分析；并采用光學(xué)顯微鏡、AFM、紫外可見分光光度計等測試手段分別對蝕刻前后的K9玻璃和熔石英進行了表面形貌觀察和透過率測試；用分子熒光光譜和XRD，再結(jié)合X射線光電子能譜（XPS）和飛行時間二次離子質(zhì)譜（TOF-SIMS），對 K9玻璃和熔石英進行了表面雜質(zhì)元素和生成再沉積物的分析；測定了酸蝕刻熔石英的激光損傷閾值。結(jié)果表明：影響再沉積物形成的主要外在因素有蝕刻液的種

3、類、濃度、蝕刻的時間以及蝕刻后的清洗方式；配置蝕刻液的去離子水純度越高則越不易形成再沉積物，緩沖蝕刻液（BOE）比單獨的HF酸溶液更容易使再沉積物形成；蝕刻液濃度越高以及靜態(tài)蝕刻時間越長就越能促使再沉積物的形成；蝕刻后的清洗方式可使再沉積物減少，去除效果依次是超聲清洗>噴淋清洗>浸沒清洗。
　　K9玻璃蝕刻實驗研究表明：用質(zhì)量分數(shù)1％HF酸溶液或BOE（15:1）蝕刻10 min鐘后，亞表面缺陷和表面雜質(zhì)逐漸暴露，若蝕刻后未及時清

4、洗則會殘留蝕刻痕跡，將產(chǎn)生大量的再沉積物，提高試片表面粗糙度，且這些再沉積物含量越多，則試片的透過率和損傷閾值就越低；若試片經(jīng)過清洗，其粗糙度也都有所提高，當(dāng)僅用HF酸溶液蝕刻時試片透過率有輕微提高，用BOE蝕刻反而有輕微下降，另外用去離子水配置1%HF酸溶液使 K9玻璃的基頻損傷閾值得到提高，其提升幅度達到38.69%；短時間的靜態(tài)蝕刻影響試片損傷閾值的主要因素為表面再沉積物。
　　熔石英蝕刻實驗研究表明：用質(zhì)量分數(shù)為1% HF

5、酸溶液對熔石英蝕刻處理時，隨著蝕刻時間的增加，表面出現(xiàn)蝕坑且逐漸增多，尺寸逐漸變大，表面粗糙呈指數(shù)形式增大，且試片透過率逐漸下降。經(jīng)蝕刻24h后，長時間靜態(tài)蝕刻使得試片表面粗糙度成為影響熔石英三倍頻損傷閾值的主要因素，粗糙度越大損傷閾值越低；經(jīng)XPS和SIMS分析確定熔石英表面主要存在有B、F、K、Ca、Na、Al等雜質(zhì)元素，除K、Ca外幾乎都處于貝氏層，只有K元素嵌入深度可達到200 nm深度；蝕刻過程中這些雜質(zhì)元素會隨著蝕刻液向熔石