فناوری کندوپاش پرتو یونی (IBS) اپتیک لیزر UV را در طول 25 سال گذشته به شدت پیشرفته کرده است زیرا توانایی آن در رسوب فیلم های نوری با کیفیت بالا برای کاربردهای لیزر فرابنفش (UV) است (شکل 1 را ببینید). اپتیک های با کیفیت بالا پرتو لیزر را دستکاری و هدایت می کنند و برای عملکرد و طول عمر لیزر بسیار مهم هستند. کاربردهای زیست پزشکی، پردازش نیمه هادی، ریزماشین کاری و سایر کاربردهای لیزر UV به لطف فناوری IBS به رشد خود ادامه می دهند.
در حالی که فیلم های نوری UV با چالش های زیادی روبرو هستند، ظهور فناوری IBS امکان ذخیره فیلم های نوری UV با کیفیت بالا را فراهم کرده است.
مواجهه با چالش های اپتیک لیزر UV
چالشهایی که اپتیک لیزر UV با آن مواجه است دو دسته است: افزایش جذب، که قدرت لیزر را کاهش میدهد، و افزایش پراکندگی، که شدت لیزر را کاهش میدهد. اگر تنش لایه، استوکیومتری یا چگالی فیلم بهینه نشود، فیلم های نوری می توانند آسیب بیشتری ببینند. پوشش ضعیفترین حلقه است و اگر در مراحل کلیدی پردازش مانند طراحی پوشش نوری، تمیز کردن بستر، رسوبگذاری و پردازش پس از رسوبگذاری، اصلاحاتی صورت گیرد، پوششهای نوری بهینه میشوند.
تحقیقات ما بر جنبههای مختلف تولید پوشش نوری، از جمله انتخاب هدف، فشار اکسیژن، انرژی کندوپاش و زمان بازپخت، با هدف بهبود کیفیت پوششهای نوری برای سیستمهای IBS تمرکز دارد (شکل 2 را ببینید) [1]. اثرات شرایط مختلف فرآیند و بازپخت پس از رسوب بر روی لایه های نازک نوری HfO2 و SiO2 در سال های اخیر مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای مورد تجزیه و تحلیل عبارتند از:
-اثر اهداف کندوپاش فلزی و دی الکتریک بر خواص UV.
-اثر فشار جزئی اکسیژن (O2) بر استوکیومتری و خواص فیلم.
-اثر منابع به کمک یون و انرژی پرتو بر خواص لایه و رسوب.
-اثر بازپخت بر روی استوکیومتری، تنش و خواص فیلم.
این پروژه در Veeco بر روی پوشش های نوری در لیزرهای Nd:YAG تمرکز دارد. فیلم های اکسیدی را می توان از اهداف اکسیدی یا فلزی پراکنده کرد. [2] اهداف فلزی جذب کمتر اما سرعت کندوپاش بالاتری دارند. نرخ کندوپاش بالاتر تا زمانی که سایر پارامترهای فیلم راضی باشند، کارایی پوشش را بهبود می بخشد. هنگام ته نشینی لایه های نازک HfO2، فشار جزئی O2 یک پارامتر فرآیند بسیار مهم است و اگر فشار جزئی O2 الزامات را برآورده نکند، لایه ها مستعد نقص ساختاری هستند. به طور خاص، کمبود اکسیژن باعث ایجاد حالت های الکترونیکی زیر باند می شود که باعث آسیب لیزر به اجزای نوری می شود. فیلم های HfO2 نامتعادل با محتوای اکسیژن کم بسیار جذب کننده و مات هستند و نمی توانند الزامات اپتیک لیزر UV را برآورده کنند.
انرژی پرتو یونی و بازپخت
انرژی پرتو یونی یکی دیگر از عناصر فرآیند حیاتی است. هنگام آبکاری فیلم های SiO2، کاهش انرژی پرتو یونی باعث کاهش جذب فیلم SiO2 می شود و در نتیجه عملکرد سیستم لیزر را بهبود می بخشد. با این حال، این هزینه دارد. در حالی که کاهش انرژی پرتو یونی کیفیت فیلم را بهبود می بخشد، همچنین نرخ رسوب را کاهش می دهد که بر بهره وری تأثیر می گذارد. در فرآیند SiO2، استفاده از پرتو کمکی به افزایش سرعت انتقال کمک می کند.
برای فیلمهای HfO2، مقاومت در برابر آسیب لیزر با افزایش انرژی پرتو کمکی کاهش مییابد. بدیهی است که بهینه سازی انرژی کندوپاش نقش مهمی در کیفیت فیلم دارد.
بازپخت نقش کلیدی در کیفیت فیلم دارد، زیرا یک گام مهم برای به دست آوردن کمترین تلفات و بالاترین مقاومت در برابر آسیب لیزر است. در طی فرآیند کندوپاش، فیلمهای رسوبشده در معرض تنشها و عیوب فشاری به دلیل رسوبگذاری با انرژی بالا هستند. بازپخت به آزاد شدن کشش و از بین بردن پیوندهای آویزان ایجاد شده در طول فرآیند کندوپاش کمک می کند.
فرآیند بازپخت نیز کمی نسبت استوکیومتری فیلم را تغییر می دهد. در حالت ایدهآل، بازپخت باید تنش فیلم را کاهش دهد و به خواص نوری بهینه منجر شود. تحقیقات Veeco نشان داده است که بازپخت میتواند خواص لایههای رسوبشده را بهبود بخشد، اما بازپخت برای مدت طولانی یا در دمای خیلی بالا نیز میتواند مضر باشد. وقتی شرایط بازپخت مناسب نباشد، زبری سطح مشترک افزایش مییابد و فیلم میتواند متبلور شود. تعداد لایه ها و ترکیب لایه های نوری می تواند برای کاربردهای مختلف لیزر UV متفاوت باشد، بنابراین زمان بازپخت باید برای هر لایه بهینه شود.
