Jonu staru izsmidzināšanas (IBS) tehnoloģija pēdējo 25 gadu laikā ir ļoti attīstījusi UV lāzera optiku, jo tā spēj uzklāt augstas kvalitātes optiskās plēves ultravioletā (UV) lāzera lietojumiem (sk. 1. attēlu). Augstas kvalitātes optika manipulē ar lāzera staru un virza to, un tā ir ļoti svarīga lāzera veiktspējai un kalpošanas laikam. Pateicoties IBS tehnoloģijai, biomedicīna, pusvadītāju apstrāde, mikroapstrāde un citi UV lāzeru lietojumi turpina attīstīties.
Lai gan UV optiskās plēves saskaras ar daudzām problēmām, IBS tehnoloģijas parādīšanās ir ļāvusi uzklāt augstas kvalitātes UV optiskās plēves.
Tikšanās ar UV lāzeroptikas izaicinājumiem
Izaicinājumi, ar kuriem saskaras UV lāzera optika, ir divējādi: absorbcijas uzlabošana, kas samazina lāzera jaudu, un izkliedes uzlabošana, kas samazina lāzera intensitāti. Optiskās plēves var tikt bojātas vēl vairāk, ja netiek optimizēts plēves spriegums, stehiometrija vai plēves blīvums. Pārklājums ir vājākais posms, un optiskie pārklājumi tiks optimizēti, ja tiks veikti uzlabojumi galvenajos apstrādes posmos, piemēram, optiskā pārklājuma dizains, substrāta tīrīšana, uzklāšana un pēcpārklāšanas apstrāde.
Mūsu pētījumi ir vērsti uz dažādiem optiskā pārklājuma ražošanas aspektiem, tostarp mērķa izvēli, skābekļa spiedienu, izsmidzināšanas enerģiju un atlaidināšanas laiku, lai uzlabotu IBS sistēmu optisko pārklājumu kvalitāti (sk. 2. attēlu) [1]. Pēdējos gados ir pētīta dažādu procesa apstākļu un pēcnogulsnēšanas atkvēlināšanas ietekme uz HfO2 un SiO2 optiskajām plānām kārtiņām. Analizētie parametri ietver:
-Metālisku un dielektrisku izsmidzināšanas mērķu ietekme uz UV īpašībām;
-Skābekļa (O2) daļējā spiediena ietekme uz stehiometriju un plēves īpašībām;
-Jonu atbalstīto avotu un staru kūļa enerģijas ietekme uz plēves un nogulsnēšanās īpašībām;
-Atkausēšanas ietekme uz stehiometriju, spriegumu un plēves īpašībām.
Šis Veeco projekts koncentrējas uz optiskajiem pārklājumiem Nd:YAG lāzeros. Oksīda plēves var izsmidzināt no oksīda vai metāla mērķiem. [2] Metāla mērķiem ir mazāka absorbcija, bet lielāks izsmidzināšanas ātrums. Lielāks izsmidzināšanas ātrums uzlabos pārklājuma efektivitāti, ja vien būs izpildīti citi plēves parametri. Uzklājot HfO2 plānās kārtiņas, O2 daļējais spiediens ir būtisks procesa parametrs, un, ja O2 daļējais spiediens neatbilst prasībām, plēvēm ir tendence uz strukturāliem defektiem. Jo īpaši skābekļa deficīts rada elektroniskos stāvokļus, kas izraisa lāzera bojājumus optiskajiem komponentiem. Nelīdzsvarotās HfO2 plēves ar zemu skābekļa saturu ir ļoti absorbējošas un necaurspīdīgas, un tās nevar atbilst UV lāzera optikas prasībām.
Jonu staru enerģija un atkvēlināšana
Jonu staru enerģija ir vēl viens svarīgs procesa elements. Pārklājot SiO2 plēves, jonu stara enerģijas samazināšana samazina SiO2 plēves absorbciju, tādējādi uzlabojot lāzera sistēmas veiktspēju. Tomēr tas maksā. Samazinot jonu staru enerģiju, tiek uzlabota plēves kvalitāte, bet arī samazinās nogulsnēšanās ātrums, kas ietekmē produktivitāti. SiO2 procesā papildu staru kūļa izmantošana palīdz palielināt pārraides ātrumu.
HfO2 plēvēm izturība pret lāzera bojājumiem samazinās, palielinoties papildu stara enerģijai. Acīmredzot izsmidzināšanas enerģijas optimizācijai ir izšķiroša loma filmas kvalitātē.
Atlaidināšanai ir arī galvenā loma plēves kvalitātē, jo tas ir kritisks solis, lai iegūtu mazākos zudumus un augstāko izturību pret lāzera bojājumiem. Izsmidzināšanas procesā nogulsnētās plēves tiek pakļautas spiedes spriegumi un defekti augstas enerģijas nogulsnēšanās dēļ. Atkvēlināšana palīdz atbrīvot spriedzi un novērst karājas saites, kas rodas izsmidzināšanas procesā.
Atkausēšanas process arī nedaudz maina plēves stehiometrisko attiecību. Ideālā gadījumā atlaidināšanai jāsamazina plēves spriegums un jārada optimālas optiskās īpašības.Veeco pētījumi ir parādījuši, ka atkausēšana var uzlabot nogulsnēto plēvju īpašības, taču pārāk ilga atkausēšana vai pārāk augsta temperatūra var būt arī kaitīga. Ja atkausēšanas apstākļi nav piemēroti, saskarnes nelīdzenums palielinās un plēve var kristalizēties. Slāņu skaits un optisko plēvju sastāvs var atšķirties dažādiem UV lāzera lietojumiem, tāpēc atlaidināšanas laiks ir jāoptimizē katram slānim.
