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用离子源助镀法蒸镀TiO2薄膜研究

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第一章 绪论

1.1 TiO2的结构及其性质和应用

1.1.1 二氧化钛(TiO2)的晶体结构

1.1.2 TiO2的物化性质及应用

1.2 光学镀膜基础知识

1.2.1 真空的定义

1.2.2 真空系统真空度等级划分

1.2.3 真空泵抽气原理及工作范围

1.2.4 光学镀膜膜厚监控系统:分为光学监控、物理监控

1.2.6 常用材料基本性能

1.3 TiO2薄膜的制备方法

1.3.1 化学气相沉积(CVD)

1.3.2 喷雾热解法(Spray pyrolysis )

1.3.3 分子束外延(MBE)技术

1.3.4 磁控溅射(Magnetron sputtering)

1.3.5 原子层外延生长法(ALE)

1.4 论文的主要研究工作

第二章 光学膜系理论算法及影响因素研究

2.1光学膜系的理论算法

2.1.1 单层膜的反射率及其特征矩阵

2.1.2 多层膜的反射率及其特征矩阵

2.2工艺参数对膜层性能影响

2.2.1 基片温度

2.2.2 腔室真空度

2.2.3 蒸镀速率

2.2.4 氧气流量

第三章 实验及结论

3.1 引言

3.2 电子束蒸发离子束助镀法制备样品

3.2.1 实验仪器与主要膜料

3.3 样品制备过程

3.3.1 真空镀膜设备介绍

3.4 样品测试及实验结果

3.4.1 膜层反射率及折射率测量

3.4.2 扫描电子显微镜SEM及理论分析

3.4.3 蒸镀条件确定

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

第五章 致谢

参考文献

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摘要

氧化钛(TiO2)是一种具有多元晶格结构的光学镀膜材料,氧化钛在550nm处的折射率可在2.2~2.7之间变化,是一种很好的高折射率材料,并且离子源助镀镀膜可改善膜层致密性、增加折射率、反射率,提升产品性能指标,本文研究了采用离子源助镀方法,制备TiO2薄膜并提升高反膜性能。
  本文主要采用离子源助镀法在 GaAs基底上制备了 TiO2薄膜并将其应用到激光器高反膜膜系中,对比测试了样品的附着性、反射率、折射率,分析了离子源助镀对薄膜性能的提升及膜层SEM微观特性,讨论了其与离子辅助沉积成膜工艺参数之间的相互关系。通过光学膜系的理论算法,计算膜层透射率、折射率等特性参数;对比 TiO2薄膜与其他常用膜料光学特性优缺点;对比使用利用离子源助镀前后TiO2薄膜光学性能的提升;通过实验寻找5种主要影响TiO2薄膜特性因素的优化蒸镀条件(5种主要因素:基片温度、真空度、蒸镀速率、O2流量、离子辅助能量),研究了不同工艺参数条件下,离子源助镀光学薄膜的特性;该膜系及工艺条件应用到激光器腔面镀膜中,并研究了激光器性能、指标、参数表征。
  实验结果表明:TiO2薄膜折射率随基片温度的增加而增加;TiO2薄膜折射率随蒸镀速率的增加而先增加再减小;与正常蒸镀工艺相比,基片温度相同条件下,使用离子辅助沉积工艺,可以有效提高的 TiO2薄膜折射率;离子束助镀工艺激光器峰值功率离散度最小,且平均峰值功率普遍高于正常蒸镀工艺,即采用离子束助镀可提升激光器性能指标。

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