【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部在紫外激光減反射薄膜界面缺陷研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Comparative Study of Plasma-Enhanced-Atomic-Layer-Deposited Al2O3/HfO2/SiO2 and HfO2/Al2O3/SiO2 Trilayers for Ultraviolet Laser Applications”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。
 

　　等離子體增強(qiáng)原子層沉積技術(shù)具有優(yōu)異的厚度控制精度、良好的大面積均勻性和出色的復(fù)形性，能夠在較低的溫度生長氧化物材料，在激光薄膜制備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Al2O3具有較大的光學(xué)帶隙，與激光薄膜常用的HfO2和SiO2材料結(jié)合后有望進(jìn)一步提升激光薄膜綜合性能。然而，利用等離子體增強(qiáng)原子層沉積技術(shù)來生長高質(zhì)量的Al2O3膜層，并實(shí)現(xiàn)與HfO2和SiO2材料的良好結(jié)合仍然面臨挑戰(zhàn)，例如如何減少顯著影響激光薄膜性能的缺陷。
 

　　缺陷根據(jù)其所處位置可分為層內(nèi)缺陷、基底-膜層界面缺陷和膜層-膜層界面缺陷。論文基于Al2O3材料設(shè)計(jì)并制備了包括單層、雙層和三層結(jié)構(gòu)的薄膜，借助電容電壓測試對(duì)薄膜的層內(nèi)缺陷、基底-膜層界面缺陷和膜層-膜層界面缺陷，及其對(duì)激光損傷閾值的影響進(jìn)行了研究。在獲得低缺陷密度和高激光損傷閾值A(chǔ)l2O3薄膜生長工藝參數(shù)的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)HfO2-on-Al2O3界面缺陷少于Al2O3-on-HfO2界面缺陷。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制備了Substrate|Al2O3|HfO2|SiO2|Air和Substrate|HfO2|Al2O3|SiO2|Air兩種結(jié)構(gòu)的紫外激光減反射薄膜。測試結(jié)果表明：兩種結(jié)構(gòu)的薄膜在355 nm處的反射率均小于0.5%；與Substrate|HfO2|Al2O3|SiO2|Air結(jié)構(gòu)相比，Substrate|Al2O3|HfO2|SiO2|Air結(jié)構(gòu)的減反射薄膜具有更少的界面缺陷、更強(qiáng)的界面結(jié)合力和更高的激光損傷閾值(提高至2.8倍)。研究結(jié)果為其他激光薄膜的界面缺陷控制和膜系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。
 

　　相關(guān)研究得到了上海學(xué)術(shù)研究帶頭人項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年科學(xué)家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、上海市領(lǐng)軍人才項(xiàng)目以及國家自然科學(xué)基金的支持。
 

　　圖 1：(a)Al2O3/HfO2/SiO2和HfO2/Al2O3/SiO2 MOS電容器和減反射薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)兩種MOS電容器HfO2層與Al2O3層界面處的雜質(zhì)(C、N元素)含量；(c)兩種減反膜在法向載荷為200 mN時(shí)劃痕的截面形貌；(d)兩種MOS電容器的電容電壓測試回滯曲線；(e)兩種減反膜的激光損傷概率曲線(1-on-1，355 nm，7.8 ns)