本發(fā)明涉及電子束蒸發(fā)鍍膜，特別是一種降低氧化鉿(HfO₂)-氧化硅(SiO₂)多層膜表面粗糙度的方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)薄膜中的散射損耗是影響薄膜性能的重要因素之一，在短波光學(xué)特別是軟X射線光學(xué)領(lǐng)域，多層膜反射鏡的反射率與鏡面的均方根(RMS)粗糙度有著密切的關(guān)系，隨著表面均方根粗糙度的增大，鏡面反射率將急劇下降；在高功率激光器裝置中，由于極小的光散射引起的光損耗導(dǎo)致激光系統(tǒng)中雜散光增加，并影響整個激光系統(tǒng)的輸出功率。

HfO₂是目前制備高功率激光(納秒脈沖)多層膜元件中最常用的高折射率鍍膜材料，因其具有相對較高的激光損傷閾值、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及從紫外到紅外的大的光學(xué)透明區(qū)域。HfO₂-SiO₂多層膜也是高功率激光(納秒脈沖)的常用多層膜元件。在諸多的沉積技術(shù)之中，電子束蒸發(fā)技術(shù)是目前國內(nèi)外制備大型高功率激光裝置中大尺寸薄膜元件最常用的制備方法。然而，電子束蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備的薄膜具有多孔性，使得制備出的多層膜表面粗糙度較高。這種膜層生長過程中的固有粗糙度目前并沒有有效的降低方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種降低HfO₂-SiO₂多層膜表面粗糙度的方法。該方法能夠減小膜層粗糙度，而且不會影響光譜和損傷閾值等性能。

本發(fā)明的解決方案如下：

一種降低HfO₂-SiO₂多層膜表面粗糙度的方法，其特點在于：使用HfO₂-SiO₂混合膜層取代多層膜中每一層純HfO₂膜層，在蒸鍍完SiO₂膜層后，在蒸發(fā)第一蒸發(fā)源中的SiO₂膜料的同時，蒸發(fā)第二蒸發(fā)源中的HfO₂膜料，所述的HfO₂和SiO₂膜料沉積速率的比例大于4:1。

所述的降低HfO₂-SiO₂多層膜表面粗糙度的方法，包含以下具體步驟：

1)添加膜料：分別在第一蒸發(fā)源和第二蒸發(fā)源中添加HfO₂膜料和SiO₂膜料；

2)向計算機(jī)輸入鍍膜參數(shù)：HfO₂-SiO₂膜層中HfO₂膜料的沉積速率υ_H-M和SiO₂膜料的沉積速率υ_L-M，υ_H-M與υ_L-M的比例大于4:1，SiO₂膜層膜料的沉積速率υ_L，監(jiān)控波長λ，所需鍍制的膜系，以及鍍制膜系的各層光學(xué)厚度，輸入的膜系中膜層代號前的系數(shù)表示該層膜的厚度系數(shù)，膜層的光學(xué)厚度等于所述的厚度系數(shù)乘以四分之一監(jiān)控波長；

4)開機(jī)鍍膜：

①計算機(jī)通過針并口向擋板開關(guān)控制電路發(fā)出信號，經(jīng)右槍擋板控制器打開第二蒸發(fā)源擋板，開始蒸發(fā)SiO₂膜料，鍍SiO₂膜層，第二晶振頭探測SiO₂的實際沉積速率υ_AL，晶控儀根據(jù)第二晶振頭探測的實際沉積速率υ_AL，通過第二蒸發(fā)源反饋控制模塊調(diào)節(jié)第二蒸發(fā)源的電子槍電流，直至實際沉積速率υ_AL等于設(shè)置的沉積速率υ_L；

②計算機(jī)采集并保存鎖相放大器輸出的監(jiān)控片的透射率信號值，直到監(jiān)控片上膜層光學(xué)厚度達(dá)到計算機(jī)所輸入的設(shè)定光學(xué)厚度值，完成一個SiO₂膜層蒸鍍；

③計算機(jī)通過針并口向擋板開關(guān)控制電路發(fā)出信號打開第一蒸發(fā)源擋板，開始同時蒸發(fā)HfO₂膜料和SiO₂膜料，第一晶振頭和第二晶振頭分別探測HfO₂的實際沉積速率υ_AH-M和SiO₂的實際沉積速率υ_AL-M，晶控儀根據(jù)第一晶振頭探測的實際沉積速率υ_AH-M，通過第一蒸發(fā)源反饋控制模塊調(diào)節(jié)第一蒸發(fā)源的電子槍電流，直至實際沉積速率υ_AH-M等于設(shè)置的沉積速率υ_H-M；晶控儀根據(jù)第二晶振頭探測的實際沉積速率υ_AL-M，通過第二蒸發(fā)源反饋控制模塊調(diào)節(jié)第二蒸發(fā)源的電子槍電流，直至實際沉積速率υ_AL-M等于設(shè)置的沉積速率υ_L-M；

④計算機(jī)采集并保存鎖相放大器輸出的監(jiān)控片的透射率信號值，當(dāng)監(jiān)控片上膜層光學(xué)厚度達(dá)到設(shè)定值時，完成一個HfO₂-SiO₂膜層蒸鍍，通過針并口向擋板開關(guān)控制電路發(fā)出信號同時關(guān)閉第一蒸發(fā)源擋板；

⑤重復(fù)步驟①到④，完成多層膜的鍍制。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

實驗表明，本發(fā)明所述的HfO₂-SiO₂混合膜層替代原有HfO₂膜層后得到的HfO₂-SiO₂多層膜相比于原HfO₂-SiO₂多層膜，其表面粗糙度大幅降低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明降低HfO₂-SiO₂多層膜表面粗糙度的方法采用的計算機(jī)控制鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是使用傳統(tǒng)鍍膜方法制備的HfO₂-SiO₂多層膜(左)與使用9:1比例HfO₂-SiO₂混合膜層取代多層膜中純HfO₂膜層后的HfO₂-SiO₂多層膜(右)表面粗糙度的對比圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明提高HfO₂膜層折射率的方法采用的鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明使用的鍍膜裝置包括由光源發(fā)射系統(tǒng)18、監(jiān)控片系統(tǒng)14、信號接收系統(tǒng)19和鎖相放大器12四部分組成的光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，和帶有控制程序的計算機(jī)30、擋板開關(guān)控制電路20。鎖相放大器12通過自帶的RS232串口34和帶有控制程序的計算機(jī)30的第一串口29相連，計算機(jī)并口3的第2針、第3針通過屏蔽線經(jīng)擋板開關(guān)控制電路20和第一蒸發(fā)源擋板控制器25、第二蒸發(fā)源擋板控制器27相連。第一晶振頭21和第二晶振頭38分別經(jīng)第一阻抗匹配器22和第二阻抗匹配器37與晶控儀26相連，晶控儀26通過自帶的RS232串口33和帶有控制程序的計算機(jī)30的串口com2口32相連。晶控儀26通過自帶的第一蒸發(fā)源反饋控制模塊39和第二蒸發(fā)源反饋控制模塊40，分別與第一蒸發(fā)源35和第二蒸發(fā)源24相連。

以HfO₂膜料沉積速率υ_H和SiO₂膜料沉積速率υ_L的比例等于9:1為例，說明本發(fā)明降低HfO₂-SiO₂多層膜表面粗糙度的方法。該方法包括下列步驟：

(1)添加膜料：分別在第一蒸發(fā)源35和第二蒸發(fā)源24中添加HfO₂膜料和SiO₂膜料；

(2)向計算機(jī)30輸入鍍膜參數(shù)：HfO₂-SiO₂膜層中HfO₂膜料的沉積速率υ_H-M(0.14nm/s)和SiO₂膜料的沉積速率υ_L-M(0.016nm/s)，SiO₂膜層膜料的沉積速率υ_L(0.6nm/s)，所需鍍制的膜系所需鍍制的膜系為S/(HL)¹²H4L/A，監(jiān)控波長λ(1064nm)；輸入的膜系中字母H、L是膜層代號，字母前的系數(shù)表示該層膜的厚度系數(shù)，膜層的光學(xué)厚度等于厚度系數(shù)乘以四分之一監(jiān)控波長。

(3)開機(jī)鍍膜：

①計算機(jī)30通過25針并口31向擋板開關(guān)控制電路20發(fā)出信號，經(jīng)右槍擋板控制器27打開第二蒸發(fā)源擋板36，開始蒸發(fā)SiO₂膜料，鍍SiO₂膜層。第二晶振頭38探測SiO₂的實際沉積速率υ_AL，晶控儀26根據(jù)第二晶振頭38探測的實際沉積速率υ_AL，通過第二蒸發(fā)源反饋控制模塊40調(diào)節(jié)第二蒸發(fā)源24的電子槍電流，直至實際沉積速率υ_AL等于設(shè)置的沉積速率υ_L(0.6nm/s)；

②計算機(jī)30采集并保存鎖相放大器12輸出的監(jiān)控片14的透射率信號值，直到監(jiān)控片14上膜層光學(xué)厚度達(dá)到計算機(jī)30所輸入的設(shè)定光學(xué)厚度值；

③計算機(jī)30通過25針并口31向擋板開關(guān)控制電路20發(fā)出信號打開第一蒸發(fā)源擋板23，開始同時蒸發(fā)HfO₂膜料和SiO₂膜料，第一晶振頭21和第二晶振頭38分別探測HfO₂實際沉積速率υ_AH-M和SiO₂的實際沉積速率υ_AL-M，晶控儀26根據(jù)第一晶振頭21探測的實際沉積速率υ_AH-M，通過第一蒸發(fā)源反饋控制模塊39調(diào)節(jié)第一蒸發(fā)源35的電子槍電流，直至實際沉積速率υ_AH-M等于設(shè)置沉積速率υ_H-M(0.14nm/s)；晶控儀26根據(jù)第二晶振頭38探測的實際沉積速率υ_AL-M，通過第二蒸發(fā)源反饋控制模塊40調(diào)節(jié)第二蒸發(fā)源24的電子槍電流，直至實際沉積速率υ_AL-M等于設(shè)置的沉積速率υ_L-M(0.016nm/s)；

④計算機(jī)30采集并保存鎖相放大器12輸出的監(jiān)控片14的透射率信號值，當(dāng)監(jiān)控片14上膜層光學(xué)厚度達(dá)到設(shè)定值時，通過25針并口31向擋板開關(guān)控制電路20發(fā)出信號同時關(guān)閉第一蒸發(fā)源擋板23，開始蒸發(fā)SiO₂膜料，鍍SiO₂膜層；

⑤重復(fù)步驟①到④，完成多層膜的鍍制。

圖2是利用傳統(tǒng)方法制備的HfO₂-SiO₂多層膜(左)與本發(fā)明實施例使用9:1比例HfO₂-SiO₂混合膜層取代多層膜中純HfO₂膜層后的HfO₂-SiO₂多層膜(右)表面粗糙度的對比圖。從圖中可明顯看出，用本發(fā)明方法制備的HfO₂-SiO₂多層膜的表面粗糙度明顯低于使用傳統(tǒng)鍍膜方法制備的HfO₂-SiO₂多層膜的表面粗糙度，從2.5左右降低到1.6左右，表明了本發(fā)明方法的有效性。