[发明专利]一种基于PEALD的紫外减反射薄膜的镀制方法

说明书

一种基于等离子体增强原子层沉积(PEALD)的紫外减反射薄膜的镀制方法，采用类似于熔石英体材料化学反应的原理沉积SiO₂薄膜材料。本发明能够避免溶胶‑凝胶技术(sol‑gel)薄膜稳定性差、电子束沉积(E‑beam deposition)薄膜纳米吸收性缺陷密度高的问题，获得同时具备高稳定性和高激光损伤阈值的高性能紫外减反射薄膜。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，涉及一种基于等离子体增强原子层沉积(PEALD)的紫外减反射薄膜的镀制方法。

背景技术

紫外减反膜作为强激光系统中的重要组成元件之一，其损伤阈值是限制大型激光系统输出功率的“瓶颈”之一。传统的紫外减反射薄膜沉积方法包括溶胶-凝胶法(sol-gel)和电子束沉积(E-beam deposition)。溶胶-凝胶法(sol-gel)镀制的紫外减反射薄膜具有相对较高的激光损伤阈值，但膜层稳定性差，不利于长期使用；而电子束沉积法(E-beamdeposition)镀制的减反射薄膜稳定性较高，但激光损伤阈值低，在激光辐照下容易发生损伤，不能满足当前激光系统的使用要求。诸多研究表明，在紫外纳秒脉冲激光辐照下，光学薄膜的损伤目前主要源于各种类型的吸收性杂质与缺陷。等离子体增强原子层沉积(PEALD)属于化学沉积方法的一种，使用高能等离子体作为氧化源，通过交替通入前驱体源脉冲，在基底上逐层沉积原子层。由于其反应的自限制性，可以十分精确地控制沉积薄膜厚度与结构，膜层具有高的致密性和稳定性；同时，PEALD可以采用类似于体材料化学反应的原理生长薄膜态材料，降低薄膜态材料的吸收性缺陷密度。PEALD作为最具潜力的新兴激光薄膜镀膜技术之一受到国际广泛关注，在紫外减反射薄膜制备领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服传统镀膜技术的不足，提供一种基于等离子体增强原子层沉积(PEALD)的紫外减反射薄膜的镀制方法，提升紫外减反膜损伤阈值。本发明能够避免溶胶-凝胶技术薄膜稳定性差、电子束沉积薄膜纳米吸收性缺陷密度高的问题，获得同时具备高稳定性和高激光损伤阈值的高性能紫外减反射薄膜。

本发明的技术解决方案

一种基于等离子体增强原子层沉积的紫外减反射薄膜的镀制方法，其特点在于采用等离子体增强原子层沉积来镀制紫外减反射膜层，具体步骤如下：

1)设定原子层沉积系统的温度、脉冲时间、脉冲序列和等离子体功率参数；

2)采用超声方法清洗基片，基片烘干后装入镀膜机；

3)抽取真空至600Pa，控制镀膜机将基片加热至150℃，恒温60分钟；

4)采用等离子体增强原子层沉积HfO₂膜层，具体步骤如下：

①向原子层沉积反应腔体中通入铪前驱体源脉冲后，用纯度为99.9999％的氮气清洗，冲掉反应副产物和残留的前驱体源；

②向原子层沉积反应腔体中通入氧等离子体和氩气混合脉冲后，用纯度为99.9999％的氮气清洗，冲掉反应副产物和残留的氧等离子体以及氩气；

③重复步骤①②，直至HfO₂膜层光学厚度达到1/4参考波长厚度(参考波长为188.6nm)。

5)采用等离子体增强原子层沉积SiO₂膜层，具体步骤如下：

④向原子层沉积反应腔体中通入硅前驱体源脉冲后，用纯度为99.9999％的氮气清洗，冲掉反应副产物和残留的前驱体源；

⑤向原子层沉积反应腔体中通入氧等离子体和氩气混合脉冲后，用纯度为99.9999％的氮气清洗，冲掉反应副产物和残留的氧等离子体以及氩气；

⑥重复步骤④⑤，直至SiO₂膜层光学厚度达到5/8参考波长厚度(参考波长为188.6nm)。