一種全介質(zhì)反射膜及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(zhì)反射膜及其制備方法。本發(fā)明所述的全介質(zhì)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(guò)交替改變PECVD沉積過(guò)程中的反應(yīng)條件，即可得到密度不同的非晶硅薄膜，該反射膜在結(jié)構(gòu)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(diǎn)，同時(shí)，當(dāng)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(qiáng)的實(shí)用意義。適合在光器件領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全介質(zhì)反射膜及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光器件領(lǐng)域，具體涉及一種全介質(zhì)反射膜及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)薄膜是現(xiàn)代光學(xué)儀器和各種光學(xué)器件的重要組成部分，它以光的干涉為基礎(chǔ)，通過(guò)改變透射光或者反射光的光強(qiáng)、偏振狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。其中，光學(xué)反射薄膜占有極其重要的地位，被廣泛應(yīng)用于軍工和民用領(lǐng)域。
[0003]反射膜，主要實(shí)現(xiàn)能量反射，包括金屬反射膜和全介質(zhì)反射膜。金屬反射膜由于光損失大在光學(xué)器件中應(yīng)用不多。全電介質(zhì)反射膜是建立在多光束干涉基礎(chǔ)上的，傳統(tǒng)的全介質(zhì)反射膜是由光學(xué)厚度為λW λ ^為入射光波長(zhǎng))的高折射率膜層和光學(xué)厚度為入0/4(入。為入射光波長(zhǎng))低折射率膜層交替鍍制的膜系，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，這樣的多層高反膜可用符號(hào)表示=ShLHI^-HLHA = S(HL)nHA ;其中，S代表基底，A為空氣，H代表光學(xué)厚度為XciA的高折射率膜層山代表光學(xué)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(zhì)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(shè)備來(lái)分別鍍制高折射率膜層和低折射率膜層，這樣整個(gè)反射膜的制作工藝不連續(xù)，而且制作成本較高，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，大面積制作困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)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(zhì)反射膜。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該全介質(zhì)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(shè)置在基底的上表面，所述相鄰的兩層高折射率膜層之間設(shè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步的是，所述高折射率膜層、低折射率膜層的光學(xué)厚度均為λ/4。
[0010]本發(fā)明還提供了一種制備上述全介質(zhì)反射膜的制備方法，其具體步驟如下所述:[0011 ] Α、對(duì)襯底進(jìn)行清潔處理；
[0012]B、將襯底放入PECVD反應(yīng)室中，并抽真空至KT4Pa以下；
[0013]C、采用PECVD化學(xué)氣相沉積技術(shù)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(yīng)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(shè)置沉積功率為20-90mw/cm3，襯底溫度為230°C _280°C，沉積時(shí)間為20-120min，關(guān)閉電源；
[0014]D、采用PECVD化學(xué)氣相沉積技術(shù)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(yīng)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(shè)置沉積功率為120-250mw/cm3，襯底溫度為320°C _360°C，沉積時(shí)間為Ι-lOmin，關(guān)閉電源；
[0015]E、重復(fù)步驟C、D形成由多層非晶硅薄膜組成的反射膜。
[0016]進(jìn)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(shè)置沉積功率為30mw/cm3，襯底溫度為250°C，沉積時(shí)間為60min。
[0017]進(jìn)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(shè)置沉積功率為200mw/cm3，襯底溫度為350°C，沉積時(shí)間為5min。
[0018]進(jìn)一步的是，在步驟A中，對(duì)襯底采用如下所述的方式進(jìn)行清潔處理:首先，將襯底浸泡在濃硫酸及重鉻酸鉀調(diào)配的溶液中去除表面的重金屬顆粒及其他雜質(zhì)；然后用去離子水清洗襯底；接著將襯底在丙酮和無(wú)水乙醇中分別進(jìn)行超聲清洗；最后用去離子水反復(fù)沖洗襯底并放置在酒精中。
[0019]進(jìn)一步的是，襯底在丙酮和無(wú)水乙醇中分別進(jìn)行超聲清洗的時(shí)間為15min。
[0020]進(jìn)一步的是，在進(jìn)行步驟B之前，先將襯底用氮?dú)獯蹈伞?br> [0021]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的全介質(zhì)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(guò)交替改變PECVD沉積過(guò)程中的反應(yīng)條件，即可得到密度不同的非晶硅薄膜，該反射膜在結(jié)構(gòu)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(diǎn)，同時(shí)，當(dāng)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(qiáng)的實(shí)用意義。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是傳統(tǒng)的全介質(zhì)反射膜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明全介質(zhì)反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖中標(biāo)記說(shuō)明:基底1、高折射率膜層2、低折射率膜層3。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026]如圖2所示，該全介質(zhì)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(shè)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(shè)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(zhì)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(guò)交替改變PECVD沉積過(guò)程中的反應(yīng)條件，SP可得到密度不同的非晶硅薄膜，該反射膜在結(jié)構(gòu)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(diǎn)，同時(shí)，當(dāng)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(qiáng)的實(shí)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(jìn)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(xué)厚度均為入。/4。
[0029]為了使光波更好的透過(guò)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(zhì)反射膜的制備方法，其具體步驟如下所述:
[0031]A、對(duì)襯底進(jìn)行清潔處理；
[0032]B、將襯底放入PECVD反應(yīng)室中，并抽真空至KT4Pa以下；
[0033]C、采用PECVD化學(xué)氣相沉積技術(shù)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(yīng)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(shè)置沉積功率為20-90mw/cm3，襯底溫度為230°C _280°C，沉積時(shí)間為20-120min，關(guān)閉電源；
[0034]D、采用PECVD化學(xué)氣相沉積技術(shù)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(yīng)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(shè)置沉積功率為120-250mw/cm3，襯底溫度為320°C _360°C，沉積時(shí)間為Ι-lOmin，關(guān)閉電源；
[0035]E、重復(fù)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(dá)到較高的質(zhì)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(shè)置沉積功率為30mW/cm3，襯底溫度為250°C，沉積時(shí)間為60min。
[0037]為了使最后成型的低折射率膜層達(dá)到較高的質(zhì)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(shè)置沉積功率為200mw/cm3，襯底溫度為350°C，沉積時(shí)間為5min。
[0038]在上述實(shí)施方式中，在步驟A中，對(duì)襯底的清潔處理可以采用多種方式，只要能夠?qū)⒁r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(duì)襯底進(jìn)行清潔處理:首先，將襯底浸泡在濃硫酸及重鉻酸鉀調(diào)配的溶液中去除表面的重金屬顆粒及其他雜質(zhì)；然后用去離子水清洗襯底；接著將襯底在丙酮和無(wú)水乙醇中分別進(jìn)行超聲清洗；最后用去離子水反復(fù)沖洗襯底并放置在酒精中。進(jìn)一步的是，襯底在丙酮和無(wú)水乙醇中分別進(jìn)行超聲清洗的時(shí)間為15min。
[0039]為了便于在襯底表面沉積非晶硅薄膜，在進(jìn)行步驟B之前，先將襯底用氮?dú)獯蹈桑瑥亩挂r底表面不留任何液體。
【權(quán)利要求】
1.一種全介質(zhì)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(shè)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(shè)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(quán)利要求1所述的全介質(zhì)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(quán)利要求2所述的全介質(zhì)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(quán)利要求3所述的全介質(zhì)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(xué)厚度均為\具
5.全介質(zhì)反射膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟: A、對(duì)襯底進(jìn)行清潔處理； B、將襯底放入PECVD反應(yīng)室中，并抽真空至10_4Pa以下； C、采用PECVD化學(xué)氣相沉積技術(shù)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(yīng)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(shè)置沉積功率為20-90mw/cm3，襯底溫度為2300C _280°C，沉積時(shí)間為20-120min，關(guān)閉電源； D、采用PECVD化學(xué)氣相沉積技術(shù)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(yīng)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(shè)置沉積功率為120-250mw/cm3，襯底溫度為320°C _360°C，沉積時(shí)間為Ι-lOmin，關(guān)閉電源； E、重復(fù)步驟C、D形成由多層非晶硅薄膜組成的反射膜。
6.如權(quán)利要求5所述的全介質(zhì)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(shè)置沉積功率為30mW/cm3，襯底溫度為250°C，沉積時(shí)間為60min。
7.如權(quán)利要求6所述的全介質(zhì)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(shè)置沉積功率為200mw/cm3，襯底溫度為350°C，沉積時(shí)間為5min。
8.如權(quán)利要求7所述的全介質(zhì)反射膜的制備方法，其特征在于:在步驟A中，對(duì)襯底采用如下所述的方式進(jìn)行清潔處理:首先，將襯底浸泡在濃硫酸及重鉻酸鉀調(diào)配的溶液中去除表面的重金屬顆粒及其他雜質(zhì)；然后用去離子水清洗襯底；接著將襯底在丙酮和無(wú)水乙醇中分別進(jìn)行超聲清洗；最后用去離子水反復(fù)沖洗襯底并放置在酒精中。
9.如權(quán)利要求8所述的全介質(zhì)反射膜的制備方法，其特征在于:襯底在丙酮和無(wú)水乙醇中分別進(jìn)行超聲清洗的時(shí)間為15min。
10.如權(quán)利要求9所述的全介質(zhì)反射膜的制備方法，其特征在于:在進(jìn)行步驟B之前，先將襯底用氮?dú)獯蹈伞?br> 【文檔編號(hào)】G02B5/08GK104237985SQ201410480020
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:電子科技大學(xué)