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)計文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計文獻(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：隨著科技時代的到來，光學(xué)薄膜技術(shù)已經(jīng)成為一項不可或缺的技術(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)在國內(nèi)外的發(fā)展近況和研究方向，并且簡單介紹了光學(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、引言引言長久以來，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，也導(dǎo)致了我們對光學(xué)薄膜的光學(xué)性能以及制備工藝的要求

3、越來越高?，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，也推動了光學(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，最早的時候羅伯特波義爾（RobertBoyle）和羅伯特胡克（RobertHooke）

4、各自獨立發(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)象對于我們來說，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，然而在那一時代，由于科學(xué)水平的落后，這一現(xiàn)象無法被人們所理解，直到1801年11月12日，托馬斯楊（ThomasYoung）對英國皇家協(xié)會發(fā)表了著名的貝克萊演說時，闡述了光的干涉現(xiàn)象以及原理，并對這一現(xiàn)象做了第一個完整的解釋。奧古斯廷瓊菲涅耳（AugustinJeanFresnel）更進(jìn)一步的發(fā)揚

5、傳播了托馬斯楊所主張的光的波動理論，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)的真正起步時間應(yīng)該算于從1817年夫瑯和費（Fraunhoer）用酸蝕法在世界上制備的第一批減反射膜，同時在十九世紀(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)成為衡量一個國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）兩種工藝來獲取?；瘜W(xué)液相沉積法所使用的設(shè)備一般較為簡單，價格也相對比較便宜，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)時還存在廢水廢氣造成污染的問題，同時由于該方法所得到的薄膜材料是通過各種化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的，因此對于反應(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、樣也同時限制了基片材料的選擇。而物理汽相沉積法則顯示出了獨有的優(yōu)越性，它對基片材料以及沉積材料的選擇均都沒有局限性，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。在本次實驗中，由于受到實驗室儀器的限制，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)造簡單、造價便宜、使用可靠，可用于熔點不太高的材料，特別使用于對膜層質(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，電阻加熱所能打到的最高溫度有限，加熱器的壽命相對較短。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，同時磁控濺射裝置性能穩(wěn)定，便于操作，工藝簡單，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，它對陰極濺射中電子使基片溫度升高過快的致命缺點加以改進(jìn)，在被濺射的靶材（陽極）與陰極之間加上一個正交的磁場和電場，其中電場和磁場的方向相互垂直。在鍍膜室內(nèi)抽真空氣壓到達(dá)一定壓強(qiáng)時，充入一定量的氬氣，在陰極和陽極之間施加適當(dāng)?shù)碾妷?，便在鍍膜室?nèi)長生磁控型異常輝光放電，氬氣被電離。在正交的磁場

10、和電場作用下，電子以輪擺線的形式沿著靶表面前進(jìn)，電子運動被束縛在一定的空間內(nèi)，顯著的延長了電子的運動路程，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)的弱電場區(qū)，最終到達(dá)陽極時能量消耗殆盡成為低能電子，也就無法再使基片過熱，因此基片溫度可大大的降低。同時高密度等離子體被磁場束縛在靶面附近，又不與基片接觸，如此所長生的正離子