Технология ионно-лучевого распыления (IBS) за последние 25 лет значительно продвинула оптику УФ-лазеров благодаря ее способности наносить высококачественные оптические пленки для применений ультрафиолетовых (УФ) лазеров (см. Рисунок 1). Высококачественная оптика управляет и направляет лазерный луч и имеет решающее значение для производительности и срока службы лазера. Биомедицина, обработка полупроводников, микрообработка и другие применения УФ-лазеров продолжают развиваться благодаря технологии IBS.
Хотя УФ-оптические пленки сталкиваются со многими проблемами, появление технологии IBS позволило наносить высококачественные УФ-оптические пленки.
Решение проблем УФ-лазерной оптики
Проблемы, с которыми сталкивается УФ-лазерная оптика, двоякие: усиление поглощения, которое снижает мощность лазера, и усиление рассеяния, которое уменьшает интенсивность лазера. Оптические пленки могут быть повреждены еще больше, если не оптимизированы напряжение, стехиометрия или плотность пленки. Покрытие является самым слабым звеном, и оптические покрытия будут оптимизированы, если будут улучшены ключевые этапы обработки, такие как проектирование оптического покрытия, очистка подложки, осаждение и обработка после осаждения.
Наши исследования сосредоточены на различных аспектах производства оптических покрытий, включая выбор мишени, давление кислорода, энергию распыления и время отжига, с целью улучшения качества оптических покрытий для систем IBS (см. Рисунок 2) [1]. В последние годы исследовалось влияние различных условий процесса и отжига после осаждения на тонкие оптические пленки HfO2 и SiO2. Анализируемые параметры включают в себя:
-Влияние металлических и диэлектрических распыляемых мишеней на УФ-свойства;
-Влияние парциального давления кислорода (O2) на стехиометрию и свойства пленки;
-Влияние ионных источников и энергии пучка на свойства пленок и осаждений;
-Влияние отжига на стехиометрию, напряжение и свойства пленки.
Этот проект Veeco посвящен оптическим покрытиям в лазерах Nd:YAG. Оксидные пленки можно напылять с оксидных или металлических мишеней. [2] Металлические мишени имеют более низкое поглощение, но более высокую скорость распыления. Более высокая скорость распыления повысит эффективность покрытия при условии соблюдения других параметров пленки. При нанесении тонких пленок HfO2 парциальное давление O2 является решающим параметром процесса, и если парциальное давление O2 не соответствует требованиям, пленки склонны к структурным дефектам. В частности, дефицит кислорода создает подзонные электронные состояния, которые вызывают лазерное повреждение оптических компонентов. Неравновесные пленки HfO2 с низким содержанием кислорода обладают высокой поглощающей способностью и непрозрачностью и не могут соответствовать требованиям УФ-лазерной оптики.
Энергия ионного пучка и отжиг
Энергия ионного пучка является еще одним важным элементом процесса. При нанесении пленок SiO2 снижение энергии ионного пучка снижает поглощение пленки SiO2, тем самым улучшая производительность лазерной системы. Однако за это приходится платить. Хотя снижение энергии ионного пучка улучшает качество пленки, оно также снижает скорость осаждения, что влияет на производительность. В процессе SiO2 использование вспомогательного луча помогает увеличить скорость переноса.
Для пленок HfO2 стойкость к лазерному повреждению снижается с увеличением энергии вспомогательного пучка. Очевидно, что оптимизация энергии распыления играет решающую роль в качестве пленки.
Отжиг также играет ключевую роль в качестве пленки, поскольку это критический шаг для достижения минимальных потерь и максимальной устойчивости к лазерному повреждению. В процессе напыления осажденные пленки подвергаются сжимающим напряжениям и дефектам из-за высокоэнергетического напыления. Отжиг помогает снять напряжение и устранить оборванные связи, возникающие в процессе напыления.
Процесс отжига также несколько меняет стехиометрическое соотношение пленки. В идеале отжиг должен снижать напряжение пленки и обеспечивать оптимальные оптические свойства. Исследования Veeco показали, что отжиг может улучшить свойства нанесенных пленок, но слишком длительный отжиг или при слишком высокой температуре также может быть вредным. При неправильных условиях отжига шероховатость интерфейса увеличивается и пленка может кристаллизоваться. Количество слоев и состав оптических пленок могут различаться в зависимости от применения УФ-лазера, поэтому время отжига должно быть оптимизировано для каждого слоя.
