中红外薄膜的离子辅助淀积

1、中红外薄膜的离子辅助淀积一中红外薄膜的离子辅助淀积熊胜明张云洞-.,-_一p_(中科院光电所,成都610209).cfi漱毛j扛外第23誊第6期摘要本文研究了用离子柬辅助淀积的中红外zns,znse,ybf,babafz+caf(6,4)膜在3.8hm波长处光学特性和其它性毖,用透射电镜和光电子能谱仪研究了这些单层膜徽结构和化学计量比.实验发现离子束辅助淀积膜层填充密度增加,附着力增波长反射率大于0?994.lonassisteddepositionofmidinfraredthinfiimxiongshengmingzhangyundong(inatltuteofoptics&e1e

2、ctronlcs?academiasiniea,chengdu610209)abslracttheopt.alandothercharactel:isticsofzns?znse,nf|fiandbaft+cinfrmmdpesatepresented.ithasbeenoundthatladtechmqueincreasesthepackeddensityoffilms,ell-morethan0.994.keywordsionassistancedeposition,infraredthinfilms,coatingpr0perty一,引言说来,薄膜特性劣于相应大块材料,这种差异与热蒸发膜

3、柱状微结构有关.为了改善薄膜结构,的淀积技术.如离子镀ip,离子束溅射淀积ibfsd,离子辅助淀积iad,射频溅射rs,超声波辅助技术等.八十年以来,离子束辅助淀积iad的光学薄膜取得了用一般方法淀积薄膜所没有的特性.如,介质膜的离子辅助淀积表明,它增加了薄膜的填充密度,改善了膜层粘附性.iad还改变了介质膜化学计量比和结晶性.对于金屑膜来说,iad增强了au,ag和ai膜在玻璃上的附着力;同时42使膜屡应力发生转变,可减少光散射,提高激光损伤阈值.中红外26fro波段hfdf,co等波长些波长的透明薄膜光学吸收和其它性能研究得不多,薄膜本身的光学常数报道更少.我们对离子束辅助淀积的zns,z

4、nse,ybf,baf和baf+caf2(64)等红外膜的特性进行了研蒸发膜与氩离子辅助淀积膜的光学特性.本刊1992年8月收判学物理采光学专业-1999毕业于中国抖学i竞光电=i主术研究所f硬士).现从事澈光薄膜,应用光学研究.二,实验技术离子束辅助淀积中红外膜实验装置如图1取决于所用分析技术.低折射率ybf,baf和baf+caft(6t4)膜光学特性测量用znse作kaufman热阴极高子源安装于镀膜机内,镀膜基片距电子束蒸发源40cm,离子枪加速栅距基杯监测离子流密度,离子束能量由束电压确定.薄膜厚度用光电极值法控制,单层膜光学特性用光度方法确定,薄膜化学计量比用光电基片用乙醇和乙醚混

5、合液清洗,镀膜前再用300ev.80a/cm离子束轰击基片20rain,进一量关系见图2.田1阿于辅助淀蕞甓,:.,盈求筏当厦均j性分布三,实验结果baf2,baf2+caf2(6t4),ybf薄膜化学成薄膜光电子能谱见图3,通过分析计算,iad与baf膜中含有氧,碳,硅杂质.混合料baf+ca(6t4)膜中氟,钡,钙之ybfs薄膜ybtf=l1.81,膜中同样台氧碳杂ybfa时发现随着蒸发材料的时间变长,ybf,的蒸发温度升高,这可能是氧化镱增多的缘故.较多.实验发现三种低折射率膜填充密度明显地比热蒸发膜高.43cb(c】圈3鼻于辅助淀积翩备的bafe.bafz-bcafz(6,4)ybfi

6、膜的光电于能谱.薄膜表面形貌,内部结构以及结晶态对薄膜各种性能都有影响,粗糙表面和内部微结构对光学干涉膜光散射有明显贡献,针孔气穴在大气中会吸收水蒸汽使薄膜环境稳定性变差.们对薄膜结构,形貌和结晶状态进行观察分析,把薄膜镀在特制的铜网上作表面形貌和电子衍射观察,采用ptc复形在透射电镜上观察膜层断面结构.图4图5和图6分别表示iad和热蒸发膜微结构,即baf2,baf2+caf2(6:4),ybfa膜表面形貌,断面结构和电子衍射.从照片看,baf热有柱状结构,表面非常均匀,断面柱状结构变成增加,柱状体逐渐变小,接近表面膜中柱状孔穴基本封闭.这说明它变得致密,有抗潮作用.混合膜baf+caf(6

7、t4)在离子轰击下其表面和断面结构发生明显变化从10万倍透射电镜照片看,表面具有树枝状结构,不象热蒸发膜均匀颗粒.断面柱状结构已被破坏,断面结构从电子衍射图看,这三种低折射率膜都为多晶结构.表面形貌图4热蒸发b膜透射电镜分析表面瑶惋5_ll0or!低折射率材料baf,baf2+cafz(6l4),ybf,在室温下用离子辅助淀积的膜层透射光量不同束流密度下光学常数和水吸收值见表1,表2和表3.蒸发的baf:膜的光学特性离于能量商于束折射率谎密度衰减系数水嗳收值(ev)t以/cm)一1.z72b.zx113一7表中*衰示基片加热到260左右一表示不用离子襄击电子棠蒸发蕨.下同.甩300ev,lo0

8、ta/cm的离子束轰击的zns和znse膜光学常数见表4,图8为zns和znse膜光谱透射曲线.葬发的ybf;膜的光学性质离子柬离于能量折射率境密度衰减系豁承暖收值(ev)(a/em400t0o1.4z;.76513010o1.4367.77l017,5一一1.363,451047.2,舌表3在3,8m处离子辅助淀积和薰发的baf+caff64)膜的光学特性离子束离子能量折射幸诫密度衰碱茉数求吸收值(evjn(/icm)l501.1.35lo95-1)891(13f:27/1ii91jg132:,jllll1l2;161表4在3.8m处zns,znse膜的光学常数旗折射率衰减呆致蒸发znsez

9、,326无蔫发znsz.198无?:/w一一砖#【el,圈7znyk-基片上晦于辅助蓰书!ybf,臃遗射光谱曲线/,/l.:.0=!=r,ta.zns瑛图bge基片上阿子辅助淀积zns腆和znse虞除了上面描述的对三种低折射率和两种高折射率薄膜在3.8m处的光学性能外,还用离ybf材料热蒸发膜应力相当大,不能作高反射膜层:而用离子轰击,ybf与zns结合镀制宽带金属增强反射膜,膜层用胶带纸实验不脱落;反射膜在水中浸泡一阉后,膜层不见脱落;而且率.可见光谱区和814m平均反射率大于0.95.膜层环境稳定性很好.用zns同baf:+caf结台镀制金属增强膜反射率大于0.994.助zns膜在强度实验

10、机上200转/分转速的二版反小球摩擦,转30.0转不坏,其机械强度相当于热力有明显改善.四,结论通过实验我们发现用离子束辅助淀积的光学薄膜zns,znse,ybfa,baf2和bafl+caf2比蒸发膜致密.在3.8m波长,离子辅助淀积的各种膜折射率高于热蒸发膜,水吸收峰也明显地比蒸发膜小,高折射率膜zns,znse折射子辅助对ybf膜应力有撅大改善,使其能与这种材料在制作中红外高能激光膜中代替thf.离子辅助下的含baf材料在内的膜层可见光散射明显增加,这是由它们树枝状微结构化学计量比严重不足.参考文献25(1986)(8)u.jgibn.phys.thinfilms,13t1o9150(1

11、987)(3)p.j.martineta1.appliedoptics22?178184t198314)r.p.netterfieldeta】appledoptlea,24?22678272(198515)s.g.sb.eta1.aipliedoptics.83,36333637(19b)63t.a】kn.spie.325.a一100(19821452(19781a611(19841(9)p.j.martinetal,j.ap一.ph.55,835一$41(1984)1olj.ntargoe时,appliedoptics.26?3733373(19871344(1933)121w.c.hemannet且et1,spie,325,101一104(1982)65(1981)428(1980)2801(1978)出版社183j.ha】_josa.v45.p714(1955)(上接第52页)证了上述级数是收敛的,在