[发明专利]用于沉积深度变化的折射率膜的方法

说明书

本公开内容的实施方式涉及光学装置膜和形成光学装置膜的方法。具体地，本文所描述的实施方式提供了一种具有恒定氧浓度、第一材料的第一浓度分布和第二材料的第二浓度分布的光学装置膜。本文所描述和提及的第一材料的第一折射率为约2.0或更大，并且第二材料的第二折射率为小于2.0。

技术领域

本公开内容的实施方式涉及光学装置膜和形成光学装置膜的方法。

背景技术

光学装置，诸如波导、平坦光学装置、超颖表面(metasurface)、滤色器和抗反射涂层，被工程化为表现出高折射率和低吸收损耗性质。含金属氧化物的材料，例如二氧化钛(TiO₂)具有高折射率和低吸收损耗，使得能够进行有效、大规模的光学装置制造。

折射率渐变的光学装置膜用于控制膜表面或内部的光相互作用。在传统光学装置膜中，难以通过改变用于单一材料的沉积条件来在大范围内实现连续的折射率可调谐性，并且使用多种材料需要接近具有阶梯分布的连续分布。

传统光学装置膜通常包括具有不同折射率性质的多个不同材料层，诸如阶变折射率波导。例如，光学膜是用沉积在光学装置基板的表面上的TiO₂层形成，并且在TiO₂上方形成了二氧化硅(SiO₂)层，其中TiO₂层的折射率为约2.4(n＝2.4)并且SiO₂层的折射率为约1.5(n＝1.5)。TiO₂层与SiO₂层的折射率之间的差值为约0.9，此表示光穿过各层之间的突然偏移。该突然偏移的特征可为光学材料之间的不连续台阶，此降低了在不同层之间穿过的光的期望光学装置性质，诸如光反射率和光透射率。传统光学装置膜往往包括多于两种材料的多个不同层以减少层之间的折射率偏移，并因此改善层之间的期望光学特性。然而，这些传统光学装置膜的折射率是非连续的，并且在此类传统光学装置膜中可能存在光学像差。

因此，本领域需要的是改进的光学装置膜和形成光学装置膜的方法。

发明内容

在一个实施方式中，提供了一种光学装置膜。光学装置膜包括分成从对应于厚度的0％的第一表面至对应于厚度的100％的第二表面的区域范围的厚度。区域范围中的每个区域都具有区域厚度。光学装置膜在区域范围的每个区域中具有氧浓度或氮浓度。光学装置膜亦包括具有约2.0或更大的第一折射率的第一材料和具有小于2.0的第二折射率的第二材料。第一材料在整个区域范围内具有第一浓度分布。第二材料在整个区域范围内具有第二浓度分布。第二浓度分布不同于第一浓度分布。

在另一个实施方式中，提供了一种方法。所述方法包括将光学装置基板设置在基板支撑件上。基板支撑件设置在腔室中。所述腔室包括设置在腔室内的第一靶材和第二靶材。第一靶材包括第一材料，并且第二靶材包括第二材料。通过沉积具有第一浓度分布的第一材料以及沉积具有第二浓度分布的第二材料，在光学装置基板上沉积光学装置膜。沉积第一材料包括将第一功率水平提供至第一靶材。第一材料的第一浓度分布是通过增加或降低提供至第一靶材的第一功率水平的至少一者来控制的。沉积第二材料包括将第二功率水平提供至第二靶材。第二材料的第二浓度分布是通过增加或降低提供至第二靶材的第二功率水平的至少一者来控制的。

在另一个实施方式中，提供了一种方法。所述方法包括将光学装置基板设置在基板支撑件上。基板支撑件设置在腔室中。所述腔室包括第一靶材和气源。第一靶材包括第一材料。气源可操作以使包括第二材料的前驱物气体流动。通过沉积具有第一浓度分布的第一材料以及沉积具有第二浓度分布的第二材料，在光学装置基板上沉积光学装置膜。沉积第一材料包括将第一功率水平提供至第一靶材。第一材料的第一浓度分布是通过增加或降低提供至第一靶材的第一功率水平的至少一者来控制的。沉积第二材料包括以一流率提供前驱物气体。第二材料的第二浓度分布是通过增加或降低前驱物的流率的至少一者来控制的。