Технологията за разпрашване с йонен лъч (IBS) значително усъвършенства UV лазерната оптика през последните 25 години поради способността й да отлага висококачествени оптични филми за ултравиолетови (UV) лазерни приложения (вижте Фигура 1). Висококачествената оптика манипулира и насочва лазерния лъч и е от решаващо значение за ефективността и живота на лазера. Биомедицината, обработката на полупроводници, микрообработката и други UV лазерни приложения продължават да растат благодарение на технологията IBS.
Докато UV оптичните филми са изправени пред много предизвикателства, появата на IBS технологията направи възможно депозирането на висококачествени UV оптични филми.
Посрещане на предизвикателствата на UV лазерната оптика
Предизвикателствата, пред които е изправена UV лазерната оптика, са две: усилване на абсорбцията, което намалява мощността на лазера, и усилване на разсейването, което намалява интензитета на лазера. Оптичните филми могат да бъдат допълнително повредени, ако напрежението на филма, стехиометрията или плътността на филма не са оптимизирани. Покритието е най-слабото звено и оптичните покрития ще бъдат оптимизирани, ако се направят подобрения на ключови етапи на обработка, като дизайн на оптично покритие, почистване на субстрата, отлагане и обработка след отлагане.
Нашето изследване се фокусира върху различни аспекти на производството на оптично покритие, включително избор на мишена, налягане на кислорода, енергия на разпрашаване и време за отгряване, с цел подобряване на качеството на оптичните покрития за IBS системи (вижте Фигура 2) [1]. Ефектите от различни условия на процеса и отгряване след отлагане върху оптични тънки филми HfO2 и SiO2 са изследвани през последните години. Анализираните параметри включват:
-Ефект на метални и диелектрични мишени за разпръскване върху UV свойствата;
-Ефект на парциалното налягане на кислорода (O2) върху стехиометрията и свойствата на филма;
- Ефектът на йонно-подпомогнати източници и енергия на лъча върху свойствата на филма и отлагането;
- Ефектът от отгряването върху стехиометрията, напрежението и свойствата на филма.
Този проект във Veeco се фокусира върху оптични покрития в Nd:YAG лазери. Оксидните филми могат да бъдат разпръснати от оксидни или метални цели. [2] Металните мишени имат по-ниска абсорбция, но по-високи скорости на разпръскване. По-високата скорост на разпрашаване ще подобри ефективността на покритието, стига другите параметри на филма да са удовлетворени. При отлагането на тънки филми HfO2, парциалното налягане на O2 е решаващ параметър на процеса и ако парциалното налягане на O2 не отговаря на изискванията, филмите са склонни към структурни дефекти. По-специално, недостигът на кислород създава електронни състояния с поддиапазон, които предизвикват лазерно увреждане на оптичните компоненти. Неравновесните HfO2 филми с ниско съдържание на кислород са силно абсорбиращи и непрозрачни и не могат да отговорят на изискванията на UV лазерната оптика.
Енергия на йонен лъч и отгряване
Енергията на йонния лъч е друг критичен елемент на процеса. При покриване на SiO2 филми, намаляването на енергията на йонния лъч намалява абсорбцията на SiO2 филма, като по този начин подобрява работата на лазерната система. Това обаче си има цена. Докато намаляването на енергията на йонния лъч подобрява качеството на филма, то също така намалява скоростта на отлагане, което се отразява на производителността. В процеса на SiO2 използването на допълнителен лъч помага да се увеличи скоростта на пренос.
За филмите HfO2 устойчивостта на лазерно увреждане намалява с увеличаване на енергията на спомагателния лъч. Очевидно оптимизирането на енергията на разпръскване играе решаваща роля за качеството на филма.
Отгряването също играе ключова роля за качеството на филма, тъй като е критична стъпка за получаване на най-ниски загуби и най-висока устойчивост на лазерни повреди. По време на процеса на разпрашаване, отложените филми са подложени на натиск и дефекти, дължащи се на отлагане с висока енергия. Отгряването помага да се освободи напрежението и да се премахнат висящите връзки, създадени по време на процеса на разпръскване.
Процесът на отгряване също леко променя стехиометричното съотношение на филма. В идеалния случай отгряването трябва да намали напрежението на филма и да доведе до оптимални оптични свойства. Изследванията на Veeco показват, че отгряването може да подобри свойствата на отложените филми, но отгряването за твърде дълго време или при твърде висока температура също може да бъде пагубно. Когато условията на отгряване не са подходящи, грапавостта на интерфейса се увеличава и филмът може да кристализира. Броят на слоевете и съставът на оптичните филми може да варира за различните UV лазерни приложения, така че времето за отгряване трябва да бъде оптимизирано за всеки слой.
