[发明专利]抑制氧化铪薄膜折射率非均匀性的方法

说明书

一种抑制氧化铪薄膜折射率非均匀性的方法，在制备含有氧化铪膜层的多层光学薄膜时，镀制氧化铪的同时掺入氧化硅材料一同镀制形成氧化铪‑氧化硅混合膜层，抑制纯氧化铪膜层的折射率非均匀性，进而改善由于氧化铪膜层折射率非均匀性导致多层光学薄膜的光学性能下降问题。

技术领域

本发明涉及电子束蒸发镀膜，具体是一种抑制氧化铪薄膜折射率非均匀性的方法。

背景技术

HfO₂是一种优异的光学薄膜材料，具有折射率高，吸收小，损伤阈值高等优良特性。同时，电子束蒸发制备薄膜元件具有阈值高，可满足大口径以及大批量薄膜元件制备等优势，因此电子束蒸发制备HfO₂薄膜广泛应用于光学薄膜制备领域。电子束蒸发制备HfO₂薄膜可以使用HfO₂或金属Hf作为初始材料，同时充入氧气作为反应气体减少膜层吸收。然而，无论使用哪种初始材料，制备的HfO₂薄膜的多晶结构生长特性往往导致其折射率存在非均匀性，通常表现为明显的折射率负均匀性，即堆积密度随着膜层沉积厚度增加而降低，表现为折射率随着膜层沉积厚度增加而降低。

膜层的折射率非均匀性往往会导致多层光学薄膜的光谱偏离设计目标，造成光学性能下降。例如HfO₂薄膜折射率非均匀性是导致HfO₂/SiO₂谐波分离膜中半波孔效应的关键因素，这对谐波分离薄膜的光学性能将产生灾难性影响。现阶段的解决办法通常是在膜系设计阶段回避半波孔，但不仅增加制备难度而且牺牲半波处透射带宽。另外，制备过程中也可使用能量沉积方式，如离子束辅助，离子束溅射等沉积方式提升膜层堆积密度，但这些方法往往会导致膜层吸收增大，损伤阈值降低以及应力增加。因此使用电子束沉积方法制备HfO₂膜层时如何抑制其折射率非均匀性仍是当前光学薄膜制备领域中的一大技术难点。

发明内容

本发明提供一种抑制氧化铪薄膜折射率非均匀性的方法。该方法通过抑制HfO₂薄膜折射率非均匀性，进而改善由于HfO₂膜层折射率非均匀性导致的多层光学薄膜光学性能下降问题。

本发明的解决方案如下：

一种抑制氧化铪薄膜折射率非均匀性的方法，其特点在于：在制备含有氧化铪膜层的多层光学薄膜过程中，蒸发第一蒸发源中氧化铪(HfO₂)或金属铪(Hf)膜料的同时，蒸发第二蒸发源中氧化硅(SiO₂)膜料掺入其中，形成氧化铪-氧化硅(HfO₂-SiO₂)混合膜层，取代多层膜中每一层纯氧化铪(HfO₂)膜层。氧化铪和氧化硅膜料的沉积速率比大于1:1且小于20:1，并且沉积过程中充入氧气作为反应气体降低膜层吸收。

所述的抑制HfO₂薄膜折射率非均匀性的方法，包含以下具体步骤：

1)添加膜料：在第一蒸发源部分坩埚中添加HfO₂或金属Hf膜料，第二蒸发源(8)中添加SiO₂膜料。

2)向计算机输入镀膜参数：HfO₂-SiO₂混合膜层中HfO₂的沉积速率υ₀和SiO₂的沉积速率υ₁，υ₀和与υ₁的比例大于1:1，以及制备HfO₂-SiO₂混合膜层的反应气压P₁；SiO₂膜层的沉积速率υ₂，以及制备SiO₂膜层的反应气压P₂；监控波长λ，以及所需镀制的膜系。

3)开机镀膜：

①对于多层膜中不同材料膜层，对应的制备流程如下：