光學(xué)薄膜制備中的參數(shù)調(diào)控

• Nb?O?光學(xué)薄膜：在制備 Nb?O?光學(xué)薄膜時(shí)，輔助離子源的離子束能量和離子束流對(duì)薄膜特性影響顯著。研究表明，在不同參數(shù)下，折射率在波長(zhǎng) 550nm 處為 2.310 - 2.276，應(yīng)力值為 - 281 - 152MPa。為獲得良好光學(xué)特性和薄膜微結(jié)構(gòu)，需精確控制這些參數(shù)。例如，合適工藝參數(shù)下，消光系數(shù)可小于 10??，薄膜表面平整度佳。若期望提高薄膜折射率，可適當(dāng)增加離子束能量，促進(jìn)原子沉積過(guò)程中的能量傳遞，使薄膜原子排列更緊密，從而提高折射率。而對(duì)于應(yīng)力控制，若應(yīng)力過(guò)大可能導(dǎo)致薄膜龜裂，影響光學(xué)性能，此時(shí)可通過(guò)調(diào)整離子束流，優(yōu)化離子轟擊強(qiáng)度，以降低應(yīng)力。

• SiO?薄膜：離子束濺射（IBS）制備的 SiO?薄膜通常存在較高壓應(yīng)力，影響其性能。研究發(fā)現(xiàn)，采用高能 O?輔助離子轟擊，可在保持高光學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，將應(yīng)力從 490MPa 降至 48MPa。因此，在制備 SiO?光學(xué)薄膜時(shí)，要精準(zhǔn)控制 O?輔助離子的能量、流量以及轟擊時(shí)間等參數(shù)。如適當(dāng)增加 O?流量，可增強(qiáng)其與濺射原子的反應(yīng)，改變薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低應(yīng)力。同時(shí)，控制轟擊時(shí)間也很關(guān)鍵，過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致薄膜表面損傷，影響光學(xué)性能。

功能性薄膜制備中的參數(shù)調(diào)控

• MAX 和 MXene 相薄膜：制備 MAX 和 MXene 相薄膜分兩步，首先用低能離子轟擊元素靶材，可形成混合相均勻?qū)踊蚋飨喽鄬雨嚵校蝗缓筮M(jìn)行真空熱退火，誘導(dǎo)擴(kuò)散和相互作用，形成所需結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。在第一步中，離子能量、靶材選擇及轟擊順序是關(guān)鍵參數(shù)。例如，選擇合適的離子能量，既能保證有效濺射原子，又避免對(duì)靶材過(guò)度損傷。不同靶材的先后轟擊順序或同時(shí)轟擊，會(huì)影響最終薄膜的相結(jié)構(gòu)和成分分布。在熱退火步驟中，溫度和時(shí)間的精準(zhǔn)控制至關(guān)重要。溫度過(guò)低或時(shí)間過(guò)短，擴(kuò)散和相互作用不充分，無(wú)法形成理想結(jié)構(gòu)；溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致薄膜過(guò)度生長(zhǎng)或結(jié)構(gòu)破壞。

• SiC 薄膜：采用脈沖直流磁控濺射制備 SiC 薄膜時(shí)，功率脈沖頻率對(duì)薄膜性能影響較大。研究表明，所有沉積薄膜與基底附著力良好，呈光滑致密的非晶結(jié)構(gòu)，且薄膜硬度隨脈沖頻率增加而增大。當(dāng)脈沖頻率為 250kHz 時(shí)，薄膜具有最佳力學(xué)性能，硬度達(dá) 25.74GPa，附著力約 36N。因此，若要提高 SiC 薄膜的硬度等力學(xué)性能，可適當(dāng)提高功率脈沖頻率。但需注意，過(guò)高頻率可能導(dǎo)致其他問(wèn)題，如等離子體不穩(wěn)定，影響薄膜均勻性。

半導(dǎo)體薄膜制備中的參數(shù)調(diào)控

• Si 薄膜：采用離子束濺射技術(shù)制備 Si 薄膜時(shí)，生長(zhǎng)束流和溫度是關(guān)鍵參數(shù)8。在低生長(zhǎng)束流（4 - 10mA）和低溫（25 - 300℃）范圍內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，300℃時(shí)采用 6mA 的生長(zhǎng)束流，可在硅襯底上得到結(jié)晶性和完整性較好的 Si 外延薄膜；25℃時(shí)可實(shí)現(xiàn) Si 薄膜的低溫晶化生長(zhǎng)，得到多晶結(jié)構(gòu)。若期望獲得高質(zhì)量的外延 Si 薄膜，需嚴(yán)格控制生長(zhǎng)束流和溫度在合適范圍。如溫度過(guò)低，原子遷移率低，難以形成規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)；生長(zhǎng)束流過(guò)大，可能導(dǎo)致原子沉積過(guò)快，無(wú)法有序排列，影響薄膜質(zhì)量。

金屬薄膜制備中的參數(shù)調(diào)控

• Ti 薄膜：利用離子束濺射沉積制備 Ti 薄膜時(shí)，通過(guò) X 射線衍射和原子力顯微鏡研究發(fā)現(xiàn)，可優(yōu)化沉積條件獲得僅具有 (001) 擇優(yōu)取向的薄膜微晶，且表面粗糙度超低，達(dá) 0.55nm，薄膜在 300℃退火時(shí)保持穩(wěn)定。在這個(gè)過(guò)程中，氬離子束的能量、流量以及沉積時(shí)間等參數(shù)對(duì)薄膜晶體取向和表面形態(tài)有重要影響。例如，合適的氬離子束能量可精確控制對(duì) Ti 靶材的濺射效果，使 Ti 原子以特定方向沉積，形成 (001) 擇優(yōu)取向。沉積時(shí)間則影響薄膜厚度，精準(zhǔn)控制沉積時(shí)間可獲得滿足特定性能要求的薄膜厚度。

其他材料薄膜制備中的參數(shù)調(diào)控

• Ta?O?薄膜：采用離子束濺射技術(shù)制備 Ta?O?薄膜用于紫外高反射吸收薄膜時(shí)，通過(guò)調(diào)控氧氣流量可實(shí)現(xiàn)具有不同吸收的 Ta?O?薄膜的制備。氧氣流量影響 Ta?O?薄膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其光學(xué)吸收性能。如增加氧氣流量，可能使 Ta?O?薄膜中氧含量增加，改變其能帶結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整吸收特性。通過(guò)精確控制氧氣流量，結(jié)合薄膜設(shè)計(jì)，可制備出滿足特定吸收率要求的紫外高反射吸收薄膜。

• Si 薄膜用于寬帶吸收薄膜：在制備用于寬帶吸收的 Si 薄膜時(shí)，研究氧氣、氮?dú)饬髁繉?duì)其光學(xué)特性的影響十分關(guān)鍵。通過(guò)改變氧氣、氮?dú)饬髁浚烧{(diào)整 Si 薄膜的化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變其在可見(jiàn)光和近紅外波段的吸收特性。例如，適當(dāng)引入氧氣，可能在 Si 薄膜表面形成硅氧化物，改變其光學(xué)常數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波段吸收的調(diào)控。同時(shí)，結(jié)合透、反射光譜和橢偏光譜的全光譜數(shù)值擬合法，精確計(jì)算 Si 薄膜的光學(xué)常數(shù)，為設(shè)計(jì)和制備滿足特定吸收率要求的寬帶吸收薄膜提供依據(jù)。