基于原子层沉积的大曲率光学元件表面光学薄膜的研究

发布时间：2020-08-18 15:39

【摘要】：大曲率光学元件在光学系统中的应用日益广泛,但相应的薄膜沉积技术却仍存在缺陷。原子层沉积(Atomic layer deposition,简称ALD)作为一种新型沉积方式,凭借独特的自限制反应,在大曲率元件表面薄膜制备领域中具有超过常规镀膜方式的潜力。ALD达到高均匀性的要点是自限制反应达到饱和。影响ALD自限制反应的因素有温度、反应物浓度、活化能等,实验时对温度和基底进行了相应控制,因此与基底表面接触的前驱体浓度将成为影响ALD自限制反应达到饱和的重要因素。基于此,本文开展了具体的仿真和实验,主要研究内容如下:仿真部分对实验使用的原子层沉积设备TFS-200进行了分析,确定了模拟计算的主要部分,并根据分析结果进行仿真模型的建立。在进行流体仿真前,模型需要进行网格划分,流体仿真将以划分生成的网格作为计算的最小区域,以设定的初始状态为计算初值,从反应腔进气口与出气口开始迭代计算,得到前驱体的浓度分布和交换过程。根据仿真结果得出,反应腔中前驱体在流动过程中并非均匀分布,反应腔的不同区域存在一定差异。对比反应腔内前驱体的浓度分布和流动过程,得出了浓度变化最稳定的区域作为优化沉积区域,剩余区域为非优化区域。同时还仿真了10mm半球表面前驱体的流动状态,分析了大曲率表面对均匀性的影响。实验部分开展了对优化区域科学性的实验验证。初次制备后对薄膜进行折射率测量,用于后续厚度计算。之后,使用相同基底在不同区域进行两种材料的制备,对薄膜进行生长速率和非均匀性的计算,非均匀性的高低作为评价实验区域优劣的标准。实验结果表明:最佳优化区域内制备的Al_2O_3和TiO_2薄膜相比非优化区域在非均匀性方面有明显下降,非均匀性的下降在沉积高度优化上更为明显。非均匀性的下降表明了优化沉积区域的科学性,测量的薄膜折射率和生长速率为后续制备多层膜奠定了基础。根据单层膜实验的测量结果,在平板基板上进行了单点减反射膜和宽带减反射膜的制备。通过膜系的沉积探究ALD多层膜的过渡区生长规律和生长固定厚度薄膜的方法。利用平板表面生长多层膜的规律在半球基底表面进行相同膜系的制备,验证了原子层沉积在半球基底表面进行复杂膜系的可行性,为后续研究提供了良好基础。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O484;O43
【图文】：

图 1.1 常用大曲率光学元件[10]常用大曲率光学元件，可在特定系统中代替平板光学多应用中，大曲率反射镜常应用于环形激光器、同步及天文望远镜等光学系统中；大曲率透镜除了可以倍镜等使用方式外，还可应用于光学显微镜系统中以

半球形浸固透镜[12]

碰撞锁模环形染料激光器[17]

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本文编号：2796405