【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部在紫外激光減反射薄膜界面缺陷研究方面取得新進展，相關研究成果以“Comparative Study of Plasma-Enhanced-Atomic-Layer-Deposited Al2O3/HfO2/SiO2 and HfO2/Al2O3/SiO2 Trilayers for Ultraviolet Laser Applications”為題發表于ACS Applied Materials & Interfaces。
等離子體增強原子層沉積技術具有優異的厚度控制精度、良好的大面積均勻性和出色的復形性，能夠在較低的溫度生長氧化物材料，在激光薄膜制備領域具有廣闊的應用前景。Al2O3具有較大的光學帶隙，與激光薄膜常用的HfO2和SiO2材料結合后有望進一步提升激光薄膜綜合性能。然而，利用等離子體增強原子層沉積技術來生長高質量的Al2O3膜層，并實現與HfO2和SiO2材料的良好結合仍然面臨挑戰，例如如何減少顯著影響激光薄膜性能的缺陷。
缺陷根據其所處位置可分為層內缺陷、基底-膜層界面缺陷和膜層-膜層界面缺陷。論文基于Al2O3材料設計并制備了包括單層、雙層和三層結構的薄膜，借助電容電壓測試對薄膜的層內缺陷、基底-膜層界面缺陷和膜層-膜層界面缺陷，及其對激光損傷閾值的影響進行了研究。在獲得低缺陷密度和高激光損傷閾值Al2O3薄膜生長工藝參數的同時，發現HfO2-on-Al2O3界面缺陷少于Al2O3-on-HfO2界面缺陷。在此基礎上，設計并制備了Substrate|Al2O3|HfO2|SiO2|Air和Substrate|HfO2|Al2O3|SiO2|Air兩種結構的紫外激光減反射薄膜。測試結果表明：兩種結構的薄膜在355 nm處的反射率均小于0.5%；與Substrate|HfO2|Al2O3|SiO2|Air結構相比，Substrate|Al2O3|HfO2|SiO2|Air結構的減反射薄膜具有更少的界面缺陷、更強的界面結合力和更高的激光損傷閾值(提高至2.8倍)。研究結果為其他激光薄膜的界面缺陷控制和膜系結構設計提供了參考。
相關研究得到了上海學術研究帶頭人項目、中國科學院青年科學家基礎研究項目、上海市領軍人才項目以及國家自然科學基金的支持。
圖 1：(a)Al2O3/HfO2/SiO2和HfO2/Al2O3/SiO2 MOS電容器和減反射薄膜的結構示意圖；(b)兩種MOS電容器HfO2層與Al2O3層界面處的雜質(C、N元素)含量；(c)兩種減反膜在法向載荷為200 mN時劃痕的截面形貌；(d)兩種MOS電容器的電容電壓測試回滯曲線；(e)兩種減反膜的激光損傷概率曲線(1-on-1，355 nm，7.8 ns)
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