一種全介質反射膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制作工藝連續(xù)、制作成本較低且便于制作的全介質反射膜及其制備方法。本發(fā)明所述的全介質反射膜采用密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜制作成高折射率膜層，采用密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜制作成低折射率膜層，高折射率膜層和低折射率膜層都是采用非晶硅薄膜，非晶硅薄膜只需通過交替改變PECVD沉積過程中的反應條件，即可得到密度不同的非晶硅薄膜，該反射膜在結構上只采用了非晶硅作為膜層材料，具有工藝連續(xù)、一次成膜的優(yōu)點，同時，當前成熟的非晶硅薄膜生產(chǎn)工藝使得該種反射膜得以低成本、大面積制備，具有很強的實用意義。適合在光器件領域推廣應用。
【專利說明】一種全介質反射膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光器件領域，具體涉及一種全介質反射膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]光學薄膜是現(xiàn)代光學儀器和各種光學器件的重要組成部分，它以光的干涉為基礎，通過改變透射光或者反射光的光強、偏振狀態(tài)來實現(xiàn)功能。其中，光學反射薄膜占有極其重要的地位，被廣泛應用于軍工和民用領域。
[0003]反射膜，主要實現(xiàn)能量反射，包括金屬反射膜和全介質反射膜。金屬反射膜由于光損失大在光學器件中應用不多。全電介質反射膜是建立在多光束干涉基礎上的，傳統(tǒng)的全介質反射膜是由光學厚度為λW λ ^為入射光波長)的高折射率膜層和光學厚度為入0/4(入。為入射光波長)低折射率膜層交替鍍制的膜系，其結構如圖1所示，這樣的多層高反膜可用符號表示=ShLHI^-HLHA = S(HL)nHA ;其中，S代表基底，A為空氣，H代表光學厚度為XciA的高折射率膜層山代表光學厚度為λ ^4的低折射率膜層。這樣的多層反射膜共有(2η+1)層膜，其中與基底S以及空氣A相鄰的都是高折射率膜層H。
[0004]傳統(tǒng)的全介質反射膜的高折射率膜層和低折射率膜層都是采用不同的材料制作而成，需要分別鍍制高折射率膜層和低折射率膜層，即需要不同的設備來分別鍍制高折射率膜層和低折射率膜層，這樣整個反射膜的制作工藝不連續(xù)，而且制作成本較高，耗費時間較長，大面積制作困難。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種制作工藝連續(xù)、制作成本較低且便于制作的全介質反射膜。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是:該全介質反射膜，包括基底以及多層高折射率膜層，所述多層高折射率膜層依次層疊的設置在基底的上表面，所述相鄰的兩層高折射率膜層之間設置有一層低折射率膜層，所述高折射率膜層是密度為
2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜，所述低折射率膜層是密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜。
[0007]進一步的是，所述高折射率膜層是密度為2.32g/cm3的非晶硅薄膜。
[0008]進一步的是，所述低折射率膜層是密度為1.90g/cm3的非晶硅薄膜。
[0009]進一步的是，所述高折射率膜層、低折射率膜層的光學厚度均為λ/4。
[0010]本發(fā)明還提供了一種制備上述全介質反射膜的制備方法，其具體步驟如下所述:[0011 ] Α、對襯底進行清潔處理；
[0012]B、將襯底放入PECVD反應室中，并抽真空至KT4Pa以下；
[0013]C、采用PECVD化學氣相沉積技術在襯底上表面沉積一層密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜，具體方式如下所述:向PECVD反應室通入H2和SiH4氣體，SiH4氣體的通入流量為5-15sccm，H2氣體的通入流量為50-2000sccm，設置沉積功率為20-90mw/cm3，襯底溫度為230°C _280°C，沉積時間為20-120min，關閉電源；
[0014]D、采用PECVD化學氣相沉積技術在由步驟C形成的非晶硅薄膜上表面沉積一層密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜，具體方式如下所述:向PECVD反應室通入H2和SiH4氣體，SiH4氣體的通入流量為20-100sccm，H2氣體的通入流量為0-500sccm，設置沉積功率為120-250mw/cm3，襯底溫度為320°C _360°C，沉積時間為Ι-lOmin，關閉電源；
[0015]E、重復步驟C、D形成由多層非晶硅薄膜組成的反射膜。
[0016]進一步的是,在步驟C中,所述SiH4氣體的通入流量為5sccm, H2氣體的通入流量為500sccm，設置沉積功率為30mw/cm3，襯底溫度為250°C，沉積時間為60min。
[0017]進一步的是，在步驟D中，所述SiH4氣體的通入流量為25SCCm，H2氣體的通入流量為125sccm，設置沉積功率為200mw/cm3，襯底溫度為350°C，沉積時間為5min。
[0018]進一步的是，在步驟A中，對襯底采用如下所述的方式進行清潔處理:首先，將襯底浸泡在濃硫酸及重鉻酸鉀調配的溶液中去除表面的重金屬顆粒及其他雜質；然后用去離子水清洗襯底；接著將襯底在丙酮和無水乙醇中分別進行超聲清洗；最后用去離子水反復沖洗襯底并放置在酒精中。
[0019]進一步的是，襯底在丙酮和無水乙醇中分別進行超聲清洗的時間為15min。
[0020]進一步的是，在進行步驟B之前，先將襯底用氮氣吹干。
[0021]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的全介質反射膜采用密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜制作成高折射率膜層，采用密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜制作成低折射率膜層，高折射率膜層和低折射率膜層都是采用非晶硅薄膜，非晶硅薄膜只需通過交替改變PECVD沉積過程中的反應條件，即可得到密度不同的非晶硅薄膜，該反射膜在結構上只采用了非晶硅作為膜層材料，具有工藝連續(xù)、一次成膜的優(yōu)點，同時，當前成熟的非晶硅薄膜生產(chǎn)工藝使得該種反射膜得以低成本、大面積制備，具有很強的實用意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是傳統(tǒng)的全介質反射膜結構示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明全介質反射膜的結構示意圖；
[0024]圖中標記說明:基底1、高折射率膜層2、低折射率膜層3。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0026]如圖2所示，該全介質反射膜，包括基底I以及多層高折射率膜層2，所述多層高折射率膜層2依次層疊的設置在基底I的上表面，所述相鄰的兩層高折射率膜層2之間設置有一層低折射率膜層3，其特征在于:所述高折射率膜層2是密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜，所述低折射率膜層3是密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜。本發(fā)明所述的全介質反射膜采用密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜制作成高折射率膜層2，采用密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜制作成低折射率膜層3，高折射率膜層2和低折射率膜層3都是采用非晶硅薄膜，非晶硅薄膜只需通過交替改變PECVD沉積過程中的反應條件，SP可得到密度不同的非晶硅薄膜，該反射膜在結構上只采用了非晶硅作為膜層材料，具有工藝連續(xù)、一次成膜的優(yōu)點，同時，當前成熟的非晶硅薄膜生產(chǎn)工藝使得該種反射膜得以低成本、大面積制備，具有很強的實用意義。
[0027]為了使高折射率膜層2具有較高的折射率，使反射膜能夠更多的作用于入射光，所述高折射率膜層2是密度為2.32g/cm3的非晶硅薄膜，所述低折射率膜層3是密度為
1.90g/cm3的非晶娃薄膜。
[0028]為了進一步提高反射膜的反射率，所述高折射率膜層2、低折射率膜層3的光學厚度均為入。/4。
[0029]為了使光波更好的透過基底1，所述基底I采用透明材料制作而成，作為優(yōu)選的，所述基底I采用玻璃制作而成。
[0030]本發(fā)明還提供了一種制備上述全介質反射膜的制備方法，其具體步驟如下所述:
[0031]A、對襯底進行清潔處理；
[0032]B、將襯底放入PECVD反應室中，并抽真空至KT4Pa以下；
[0033]C、采用PECVD化學氣相沉積技術在襯底上表面沉積一層密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜，具體方式如下所述:向PECVD反應室通入H2和SiH4氣體，SiH4氣體的通入流量為5-15sccm，H2氣體的通入流量為50-2000sccm，設置沉積功率為20-90mw/cm3，襯底溫度為230°C _280°C，沉積時間為20-120min，關閉電源；
[0034]D、采用PECVD化學氣相沉積技術在由步驟C形成的非晶硅薄膜上表面沉積一層密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜，具體方式如下所述:向PECVD反應室通入H2和SiH4氣體，SiH4氣體的通入流量為20-100sccm，H2氣體的通入流量為0-500sccm，設置沉積功率為120-250mw/cm3，襯底溫度為320°C _360°C，沉積時間為Ι-lOmin，關閉電源；
[0035]E、重復步驟C、D形成由多層非晶硅薄膜組成的反射膜。
[0036]為了使最后成型的高折射率膜層達到較高的質量，在步驟C中，所述SiH4氣體的通入流量為5SCCm，H2氣體的通入流量為500SCCm，設置沉積功率為30mW/cm3，襯底溫度為250°C，沉積時間為60min。
[0037]為了使最后成型的低折射率膜層達到較高的質量，在步驟D中，所述SiH4氣體的通入流量為25sccm，H2氣體的通入流量為125sccm，設置沉積功率為200mw/cm3，襯底溫度為350°C，沉積時間為5min。
[0038]在上述實施方式中，在步驟A中，對襯底的清潔處理可以采用多種方式，只要能夠將襯底清洗干凈即可，為了保證清洗的效果，本發(fā)明采用如下所述的方式對襯底進行清潔處理:首先，將襯底浸泡在濃硫酸及重鉻酸鉀調配的溶液中去除表面的重金屬顆粒及其他雜質；然后用去離子水清洗襯底；接著將襯底在丙酮和無水乙醇中分別進行超聲清洗；最后用去離子水反復沖洗襯底并放置在酒精中。進一步的是，襯底在丙酮和無水乙醇中分別進行超聲清洗的時間為15min。
[0039]為了便于在襯底表面沉積非晶硅薄膜，在進行步驟B之前，先將襯底用氮氣吹干，從而使襯底表面不留任何液體。
【權利要求】
1.一種全介質反射膜，包括基底(I)以及多層高折射率膜層(2)，所述多層高折射率膜層(2)依次層疊的設置在基底(I)的上表面，所述相鄰的兩層高折射率膜層(2)之間設置有一層低折射率膜層(3)，其特征在于:所述高折射率膜層(2)是密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜，所述低折射率膜層(3)是密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜。
2.如權利要求1所述的全介質反射膜，其特征在于:所述高折射率膜層(2)是密度為2.32g/cm3的非晶硅薄膜。
3.如權利要求2所述的全介質反射膜，其特征在于:所述低折射率膜層(3)是密度為1.90g/cm3的非晶娃薄膜。
4.如權利要求3所述的全介質反射膜，其特征在于:所述高折射率膜層(2)、低折射率膜層⑶的光學厚度均為\具
5.全介質反射膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟: A、對襯底進行清潔處理； B、將襯底放入PECVD反應室中，并抽真空至10_4Pa以下； C、采用PECVD化學氣相沉積技術在襯底上表面沉積一層密度為2.15-2.32g/cm3的非晶硅薄膜，具體方式如下所述:向PECVD反應室通入H2和SiH4氣體，SiH4氣體的通入流量為5-15sccm，H2氣體的通入流量為50-2000sccm，設置沉積功率為20-90mw/cm3，襯底溫度為2300C _280°C，沉積時間為20-120min，關閉電源； D、采用PECVD化學氣相沉積技術在由步驟C形成的非晶硅薄膜上表面沉積一層密度為1.90-2.10g/cm3的非晶硅薄膜，具體方式如下所述:向PECVD反應室通入H2和SiH4氣體，SiH4氣體的通入流量為20-100sccm，H2氣體的通入流量為0-500sccm，設置沉積功率為120-250mw/cm3，襯底溫度為320°C _360°C，沉積時間為Ι-lOmin，關閉電源； E、重復步驟C、D形成由多層非晶硅薄膜組成的反射膜。
6.如權利要求5所述的全介質反射膜的制備方法，其特征在于:在步驟C中，所述SiH4氣體的通入流量為5SCCm，H2氣體的通入流量為500SCCm，設置沉積功率為30mW/cm3，襯底溫度為250°C，沉積時間為60min。
7.如權利要求6所述的全介質反射膜的制備方法，其特征在于:在步驟D中，所述SiH4氣體的通入流量為25sccm，H2氣體的通入流量為125sccm，設置沉積功率為200mw/cm3，襯底溫度為350°C，沉積時間為5min。
8.如權利要求7所述的全介質反射膜的制備方法，其特征在于:在步驟A中，對襯底采用如下所述的方式進行清潔處理:首先，將襯底浸泡在濃硫酸及重鉻酸鉀調配的溶液中去除表面的重金屬顆粒及其他雜質；然后用去離子水清洗襯底；接著將襯底在丙酮和無水乙醇中分別進行超聲清洗；最后用去離子水反復沖洗襯底并放置在酒精中。
9.如權利要求8所述的全介質反射膜的制備方法，其特征在于:襯底在丙酮和無水乙醇中分別進行超聲清洗的時間為15min。
10.如權利要求9所述的全介質反射膜的制備方法，其特征在于:在進行步驟B之前，先將襯底用氮氣吹干。
【文檔編號】G02B5/08GK104237985SQ201410480020
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】劉爽, 陳逢彬, 陳靜, 李堯, 熊流峰, 張尚劍, 劉永, 鐘智勇 申請人:電子科技大學