磁控溅射法制备ZrO2薄膜的研究

作     者：戚云娟 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱昌

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：磁控溅射 ZrO2薄膜 光学特性 抗激光损伤阈值 

摘      要：ZrO2薄膜具有折射率高、光谱透明范围宽、在可见光和近红外波段有低吸收和低散射等优点,被广泛用于光学薄膜领域。另外,这种材料还具有较高的抗激光损伤闽值,通常作为最主要的高折射率材料之一,与低折射率材料SiO2一起设计成符合各种不同要求的激光多层膜,用于强激光领域,以提高激光器的输出功率和能量。因此,ZrO2薄膜对于激光加工、国防军事、科学研究等领域均有重要的研究价值。 Zr02薄膜的制备方法主要有电子束蒸发、化学气相沉积、溶胶凝胶法和磁控溅射等。本文采用反应磁控溅射法在k9玻璃基底上沉积了ZrO2薄膜,以其折射率和消光系数为评价指标,通过正交试验法优化了制备工艺参数。在此基础上,分别做了不同氧流量、不同靶基距和不同靶功率的实验,然后分别对其进行光学性能、抗激光损伤性能、XRD及XPS表征。分析了氧流量、靶基距、靶功率与薄膜性能之间的关系。 研究结果表明,在工艺参数为氧流量22sccm,靶基距18mm,溅射功率0.3kw,氩气流量65sccm,溅射气压6×10-2Pa,本底真空5×10-3Pa时,可以获得折射率为2.1,抗激光损伤阈值为20.73J/cm2的综合性能良好的ZrO2薄膜,且该结果具有较好的可重现性。使用XRD对薄膜晶体结构分析结果为：在未退火情况下,本实验沉积的ZrO2薄膜为非晶态。使用XPS对最佳工艺参数下制备的薄膜成分分析结果为：薄膜中Zr：O原子比接近于1：2,得到了较纯的ZrO2薄膜。