倾斜沉积制备雕塑薄膜的研究进展

倾斜沉积是一种新型的薄膜沉积技术。通过制备过程中基片的旋转和倾斜,可以制备出斜柱状、之字形、螺旋状、S形以及C形等各种形状的雕塑薄膜。雕塑薄膜可以实现许多传统薄膜无法实现的光学性质,为光学薄膜的设计与制备开辟了新的途径。本文综述了雕塑薄膜的制备方法,分析了雕塑薄膜的结构特征及影响因素,并阐述了其在光学领域的广泛应用前景。

倾斜衬底沉积法在金属衬底上外延生长YBCO薄膜

YBa2Cu3O7-x(YBCO)镀膜导体在电力等能源领域有巨大应用前景.利用倾斜衬底沉积法在无织构的金属衬底上生长了MgO双轴织构的模板层,在这一模板层上实现了双轴织构的YBCO薄膜的外延生长.这些膜的双轴织构用X射线极图分析、φ-扫描作了测定,观测到了MgO[001]方向相对于衬底法线倾斜了31°.研究了不同缓冲层材料对YBCO外延生长的取向和双轴织构的影响,外延生长的高质量的YBCO薄膜的转变温度和临界电流密度分别达到了91K和5.5×105A/cm2的较高的值.

纳米结构的倾斜角度沉积及性能优化

纳米材料发展的关键是纳米结构的制备、形貌调控和性能优化.倾斜角度沉积是以较大的角度(大于75°)倾斜入射沉积薄膜,通过控制沉积参数,得到具有特殊形貌纳米结构的方法,具有适用范围广,操作便捷,制备的薄膜面积大、纯度高、结构规整等特点,是一种理想的制备纳米材料的方法.本文介绍了采用倾斜角度沉积技术制备氧化铪抗反射薄膜和银基表面增强拉曼基底,详细分析了该方法的参数调控对纳米结构的形貌和性能的影响,并指出将倾斜角度沉积与其他先进技术相结合(以原子层沉积为例),可进一步优化纳米结构的性能,提高倾斜角度沉积的使用范围.

倾斜L形手性结构的制备以及圆二色性

在单层聚苯乙烯小球模板上,制备了大面积倾斜L形手性结构.通过倾斜角沉积技术,在小球的一侧生长二氧化硅,在二氧化硅上面沉积金属层;在垂直方向沉积另一金属层,使两个金属层具有不同高度从而形成倾斜L形手性结构.研究发现,通过控制二氧化硅的厚度,可以实现倾斜L形手性结构的圆二色性的调控.数值模拟结果表明,倾斜L形手性结构的圆二色性机制符合Born-Kuhn模型理论.

倾斜衬底沉积涂层导体MgO缓冲层

本文通过倾斜衬底沉积技术在Hastelloy基底上成功生长出具有双轴织构的MgO缓冲层。系统研究了衬底倾角分别为30°和55°,薄膜厚度对MgO双轴织构、织构角以及表面形貌的影响。ISD-MgO薄膜最小面内、外半高宽分别为11.0°和6.6°。另外,800℃下,在ISD-MgO上自外延300 nm厚的MgO薄膜可以优化其表面质量,为涂层导体的制备提供高质量缓冲层。

倾斜角沉积技术制备ZnS双折射雕塑薄膜

使用倾斜角沉积(GLAD)的电子束蒸发技术,制备了倾斜角度在60°～85°之间的ZnS双折射雕塑薄膜(STF).使用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)检测了ZnS薄膜的结晶状态和断面形貌,使用Lamda-900分光光度计测量了薄膜在不同的偏振光入射时的透过率.研究发现,室温下倾斜沉积ZnS薄膜断面为倾斜柱状结构,且薄膜的结晶程度不高.在相同的监控厚度时,随倾斜角度增大,沉积到基片上的薄膜厚度逐渐变小,但仍然大于余弦曲线显示的理论厚度.根据偏振光垂直入射时薄膜的透过光谱计算了不同角度沉积的薄膜的折射率和双折射.结果显示当倾斜角度为75°时,薄膜的双折射效应最显著,此时Δn=0.044.

倾斜沉积“雕塑”薄膜结构参数优化分析

基于双轴双折射薄膜模型,利用在不同入射角度下薄膜对两种偏振态光波透射光谱,同时获得"雕塑"薄膜主轴折射率N1,N2,N3和薄膜厚度d及柱状角β等参数。基于倾斜沉积技术,利用电子束反应蒸发方法制备了氧化钽"雕塑"薄膜。借助于模拟退火算法,对入射角度为0,20°,30°,45°和60°时两种偏振态光波的透射光谱进行拟合,确定了氧化钽"雕塑"薄膜的结构参数,并与场发射扫描电镜测量的薄膜结构进行了比较。结果表明,利用透射光谱曲线可以较为准确地获得"雕塑"薄膜的结构参数。

方形螺旋光子晶体的能带结构研究

介电常数在三维空间成周期性分布的三维光子晶体因具有全光子带隙而具有重要的应用价值。一种由方形螺旋周期性排列而成光子晶体不仅具有稳定的宽光子带隙,并且可以通过一种基于物理气相沉积的倾斜角沉积法经一步制备完成而具有自组装制备的优势。本文通过数值计算对方形螺旋光子晶体进行能带计算与优化,得到了一种宽带隙方形螺旋结构,并且研究了占空比与带隙宽度的统计分布,讨论了螺旋结构方位角对带隙宽度的影响。

磁控溅射制备多孔柱状晶ZrO_2薄膜

采用反应磁控溅射倾斜沉积(GLAD)的方法制备了多孔柱状晶的ZrO2薄膜,研究了不同沉积角和靶基距对薄膜结构和光学性质的影响.结果表明,倾斜沉积的ZrO2薄膜具有倾斜的柱状结构,柱状晶之间存在空隙(宽度小于100nm),平均晶粒大小约为10nm.沉积角大小的改变在一定程度上可以改变ZrO2薄膜中某些晶粒的取向.增大沉积角和增加靶基距均可使薄膜的折射率减小、孔隙率增大、沉积速率减小,不同的是增大沉积角会增大柱状倾斜角,而增加靶基距会减小柱状倾斜角.沉积角为75°时可制备出折射率为1.56、孔隙率为41.7%的ZrO2薄膜.

阴影效应对柱状薄膜生长影响的动力学蒙特卡罗模拟

建立了弹道入射的薄膜三维蒙特卡罗形貌仿真模型,模拟了倾斜沉积情况下柱状薄膜的生长形貌,研究了沉积角度对柱状薄膜形貌的影响.通过动力系蒙特卡罗模拟,分析了雕塑薄膜生长过程中的阴影效应,并且验证了在倾斜沉积实验条件下,斜柱状薄膜生长模式的稳定性,这为后续准确控制雕塑薄膜结构并实现量化控制提供重要的理论依据.

二代高温超导带材缓冲层的制备

超导材料的发展是超导技术得以应用的前提,带材是超导材料最为常见的使用形式。超导带材由基板、缓冲层、超导层和保护层组成,其中缓冲层作为基板与超导材料的中间层,对超导带材的性能有重要影响。本文介绍了常见的缓冲层材料,归纳了缓冲层最为常见的几种制备方法,主要包括有离子束辅助沉积技术、倾斜基底沉积法和溅射法三种,并总结了缓冲层未来的发展重点与方向。

热处理对电子束蒸发TiO_2雕塑薄膜双折射性能的影响

使用倾角电子束蒸发技术制备了TiO_2雕塑薄膜,通过对雕塑薄膜在不同退火温度和退火时间下进行热处理,发现热处理工艺可以优化薄膜的双折射特性和相位延迟性能。实验结果表明,TiO_2雕塑薄膜的最佳退火条件为500℃下处理4 h,其双折射值达0.115左右,远高于未处理时的最大双折射值(0.06)。椭偏仪测试结果表明,最优条件下热处理后的薄膜,在550 nm处相位延迟量达90°,可以作为该波长处的λ/4波片使用。因此,热退火是改善雕塑薄膜双折射性能的一种简单实用的方法。

微纳结构功能性雕塑薄膜

微纳结构雕塑薄膜是在低温环境下采用倾斜角沉积技术再辅以基片的运动而制备得的各向异性功能性薄膜。由于沉积过程中的自阴影效应使得雕塑薄膜中存在很多孔洞,而且微观结构复杂多样,从而表现出很多新颖的光学特性,因此可作为微纳光电子器件实现工业应用。

双折射消偏振膜的设计和制备

基于倾斜沉积薄膜材料的双折射特性,采用单一TiO2设计和制备了中心波长为632 nm的双折射消偏振膜。首先以60°和70°的沉积角度镀制了TiO2单层膜,通过单层膜的透射光谱分别拟合出两种沉积角度下薄膜对s和p偏振光的等效折射率nPH,nSH和nPL,nSL。通过对折射率的组合,实现正入射时s偏振光透射率大于p偏振光,而入射角度增大会使两者透射率差值减小,基于这一思想设计并制备了消偏振膜。分别测量了消偏振薄膜在400~800 nm波段范围内正入射及倾斜入射条件下s和p偏振光的透射光谱。入射角为60°时,s偏振光反射带宽基本与p偏振光反射带宽重合,在波长632 nm左右基本实现消偏振。结果表明,利用材料的双折射特性,可以设计和制备出倾斜入射条件下消偏振薄膜。