La tecnologia de pulverització de raigs d'ions (IBS) ha avançat molt l'òptica làser UV durant els darrers 25 anys a causa de la seva capacitat per dipositar pel·lícules òptiques d'alta qualitat per a aplicacions de làser ultraviolat (UV) (vegeu la figura 1). Les òptiques d'alta qualitat manipulen i dirigeixen el feix làser i són fonamentals per al rendiment i la vida útil del làser. Biomèdica, processament de semiconductors, micromecanitzat i altres aplicacions làser UV continuen creixent gràcies a la tecnologia IBS.
Si bé les pel·lícules òptiques UV s'enfronten a molts reptes, l'arribada de la tecnologia IBS ha permès dipositar pel·lícules òptiques UV d'alta qualitat.
Assolint els reptes de l'òptica làser UV
Els reptes als quals s'enfronta l'òptica làser UV són dobles: la millora de l'absorció, que redueix la potència del làser, i la millora de la dispersió, que disminueix la intensitat del làser. Les pel·lícules òptiques es poden danyar encara més si no s'optimitzen l'estrès de la pel·lícula, l'estequiometria o la densitat de la pel·lícula. El recobriment és l'enllaç més feble i els recobriments òptics s'optimitzaran si es milloren els passos clau del processament, com ara el disseny del recobriment òptic, la neteja del substrat, la deposició i el processament posterior a la deposició.
La nostra investigació se centra en diversos aspectes de producció del recobriment òptic, inclosa la selecció d'objectius, la pressió d'oxigen, l'energia de pulverització i el temps de recuit, amb l'objectiu de millorar la qualitat dels recobriments òptics per als sistemes IBS (vegeu la figura 2) [1]. En els darrers anys s'han investigat els efectes de diferents condicions de procés i el recuit post-deposició sobre les pel·lícules primes òptiques de HfO2 i SiO2. Els paràmetres analitzats inclouen:
-Efecte de les dianes de polverització metàl·lica i dielèctrica sobre les propietats UV;
-Efecte de la pressió parcial de l'oxigen (O2) sobre l'estequiometria i les propietats de la pel·lícula;
-L'efecte de les fonts assistides per ions i l'energia del feix sobre les propietats de la pel·lícula i la deposició;
-L'efecte del recuit sobre l'estequiometria, l'estrès i les propietats del film.
Aquest projecte de Veeco se centra en recobriments òptics en làsers Nd:YAG. Les pel·lícules d'òxid es poden escampar des d'objectius d'òxid o metall. [2] Les dianes metàl·liques tenen una menor absorció, però més altes taxes de pulverització. Una taxa de pulverització més alta millorarà l'eficiència del recobriment sempre que es compleixin altres paràmetres de la pel·lícula. Quan es dipositen pel·lícules primes d'HfO2, la pressió parcial d'O2 és un paràmetre crucial del procés, i si la pressió parcial d'O2 no compleix els requisits, les pel·lícules són propenses a defectes estructurals. En particular, la deficiència d'oxigen produeix estats electrònics subbandgap que indueixen danys làser als components òptics. Les pel·lícules d'HfO2 en desequilibri amb baix contingut d'oxigen són molt absorbents i opaques i no poden complir els requisits de l'òptica làser UV.
Energia del feix iònic i recuit
L'energia del feix d'ions és un altre element crític del procés. En planxar pel·lícules de SiO2, reduir l'energia del feix d'ions redueix l'absorció de la pel·lícula de SiO2, millorant així el rendiment del sistema làser. Tanmateix, això té un cost. Si bé reduir l'energia del feix d'ions millora la qualitat de la pel·lícula, també redueix la taxa de deposició, que afecta la productivitat. En el procés de SiO2, l'ús d'un feix auxiliar ajuda a augmentar la velocitat de transferència.
Per a les pel·lícules HfO2, la resistència al dany del làser disminueix amb l'augment de l'energia del feix auxiliar. Òbviament, l'optimització de l'energia de sputtering juga un paper crucial en la qualitat de la pel·lícula.
El recuit també juga un paper clau en la qualitat de la pel·lícula, ja que és un pas crític per obtenir la menor pèrdua i la màxima resistència al dany del làser. Durant el procés de pulverització, les pel·lícules dipositades estan subjectes a esforços de compressió i defectes a causa de la deposició d'alta energia. El recuit ajuda a alliberar la tensió i a eliminar els enllaços penjants creats durant el procés de pulverització.
El procés de recuit també altera lleugerament la relació estequiomètrica de la pel·lícula. Idealment, el recuit hauria de reduir l'estrès de la pel·lícula i donar lloc a propietats òptiques òptimes. La investigació de Veeco ha demostrat que el recuit pot millorar les propietats de les pel·lícules dipositades, però el recuit durant massa temps o a una temperatura massa alta també pot ser perjudicial. Quan les condicions de recuit no són adequades, la rugositat de la interfície augmenta i la pel·lícula pot cristal·litzar. El nombre de capes i la composició de les pel·lícules òptiques poden variar per a diferents aplicacions de làser UV, de manera que el temps de recuit s'ha d'optimitzar per a cada capa.
