近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室朱美萍研究員團(tuán)隊(duì)在等離子體增強(qiáng)原子層沉積（PEALD）HfO2薄膜的激光損傷閾值（LIDT）方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds上。
PEALD具有精確的厚度可控性，基于該方法的HfO2/SiO2三倍頻減反射膜性能優(yōu)良。然而，PEALD HfO2薄膜中的高雜質(zhì)含量和非化學(xué)計(jì)量比導(dǎo)致其LIDT較低，是限制三倍頻激光薄膜LIDT提高的主要原因。因此，如何提高PEALD HfO2薄膜的LIDT成為了研究重點(diǎn)。
圖1.不同溫度下氧氣退火的HfO2薄膜的XPS能譜：（a）Hf 4f，（b）C 1s，（c）N 1s和（d）O 1s
研究人員將PEALD HfO2薄膜在不同氣氛和不同溫度下進(jìn)行了退火處理，研究了對HfO2薄膜表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和LIDT(激光脈寬：7.8 ns，激光波長：355 nm)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在氧氣氣氛下退火更有利于雜質(zhì)化合物(碳酸鹽和胺)的分解和缺氧狀態(tài)的改善。與退火前相比，在氧氣氣氛特定溫度下退火的HfO2薄膜具有更低的C和N雜質(zhì)含量，更高的化學(xué)計(jì)量比，從而具有更低的吸收和更高的LIDT。該實(shí)驗(yàn)為PEALD氧化物薄膜和其他含有類似雜質(zhì)的氧化物薄膜的性能改善提供了參考，有利于相關(guān)激光薄膜LIDT的提高。
圖2.不同溫度下氧氣退火的HfO2薄膜：（a）雜質(zhì)含量，（b）O/Hf比，（c）吸收和（d）LIDT
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