Jonstråleförstoftningsteknik (IBS) har avancerat starkt UV-laseroptik under de senaste 25 åren på grund av dess förmåga att deponera högkvalitativa optiska filmer för ultravioletta (UV) laserapplikationer (se figur 1). Högkvalitativ optik manipulerar och riktar laserstrålen och är avgörande för laserprestanda och livslängd. Biomedicinsk, halvledarbearbetning, mikrobearbetning och andra UV-laserapplikationer fortsätter att växa tack vare IBS-teknologi.
Medan UV-optiska filmer står inför många utmaningar, har tillkomsten av IBS-teknik gjort det möjligt att deponera högkvalitativa UV-optiska filmer.
Att möta utmaningarna med UV-laseroptik
Utmaningarna som UV-laseroptik står inför är två: absorptionsförbättring, som minskar lasereffekten, och spridningsförbättring, som minskar laserns intensitet. Optiska filmer kan skadas ytterligare om filmspänning, stökiometri eller filmdensitet inte optimeras. Beläggning är den svagaste länken, och optiska beläggningar kommer att optimeras om förbättringar görs av viktiga bearbetningssteg som optisk beläggningsdesign, substratrengöring, deponering och efterbeläggning.
Vår forskning fokuserar på olika produktionsaspekter av optisk beläggning, inklusive målval, syretryck, sputtringsenergi och glödgningstid, med målet att förbättra kvaliteten på optiska beläggningar för IBS-system (se figur 2) [1]. Effekterna av olika processbetingelser och efterbeläggningsglödgning på HfO2 och SiO2 optiska tunna filmer har undersökts under senare år. Parametrarna som analyseras inkluderar:
-Effekt av metalliska och dielektriska förstoftningsmål på UV-egenskaper;
- Effekt av syre (O2) partialtryck på stökiometri och filmegenskaper;
- Effekten av jonstödda källor och strålenergi på film- och avsättningsegenskaper;
- Effekten av glödgning på stökiometri, spänning och filmegenskaper.
Detta projekt på Veeco fokuserar på optiska beläggningar i Nd:YAG-lasrar. Oxidfilmer kan sputteras från oxid- eller metallmål. [2] Metallmål har lägre absorption men högre sputterhastighet. En högre sputterhastighet kommer att förbättra beläggningseffektiviteten så länge som andra filmparametrar är uppfyllda. Vid avsättning av tunna HfO2-filmer är partialtrycket av O2 en avgörande processparameter, och om O2-partialtrycket inte uppfyller kraven är filmerna utsatta för strukturella defekter. Speciellt producerar syrebrist elektroniska tillstånd med subbandgap som inducerar laserskada på optiska komponenter. Ojämvikts-HfO2-filmer med låg syrehalt är mycket absorberande och opaka och kan inte uppfylla kraven för UV-laseroptik.
Jonstråleenergi och glödgning
Jonstråleenergi är ett annat kritiskt processelement. Vid plätering av SiO2-filmer minskar sänkning av jonstråleenergin absorptionen av SiO2-filmen, vilket förbättrar lasersystemets prestanda. Detta kommer dock till en kostnad. Samtidigt som en sänkning av jonstråleenergin förbättrar filmkvaliteten, minskar den också avsättningshastigheten, vilket påverkar produktiviteten. I SiO2-processen hjälper användningen av en hjälpstråle till att öka överföringshastigheten.
För HfO2-filmer minskar motståndet mot laserskador med ökande hjälpstråleenergi. Uppenbarligen spelar optimeringen av sputterenergi en avgörande roll för filmens kvalitet.
Glödgning spelar också en nyckelroll för filmens kvalitet, eftersom det är ett kritiskt steg för att få lägsta förlust och högsta motståndskraft mot laserskador. Under förstoftningsprocessen utsätts de avsatta filmerna för tryckspänningar och defekter på grund av högenergiavsättning. Glödgning hjälper till att släppa spänningen och eliminera hängande bindningar som skapas under förstoftningsprocessen.
Glödgningsprocessen ändrar också något det stökiometriska förhållandet för filmen. Helst bör glödgning minska filmspänningen och resultera i optimala optiska egenskaper. Veecos forskning har visat att glödgning kan förbättra egenskaperna hos avsatta filmer, men glödgning under för lång tid eller vid för hög temperatur kan också vara skadligt. När glödgningsförhållandena inte är korrekta ökar gränsytans grovhet och filmen kan kristallisera. Antalet lager och sammansättningen av optiska filmer kan variera för olika UV-laserapplikationer, så glödgningstiden bör optimeras för varje lager.
