【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部薄膜光學(xué)研發(fā)中心朱美萍研究團(tuán)隊(duì)與先進(jìn)激光與光電功能材料部研究團(tuán)隊(duì)開展合作研究，在HfO2-Al2O3混合物薄膜材料研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Effect of ternary compound on HfO2-Al2O3 mixture coatings revealed by solid-state NMR and TOF-SIMS”為題發(fā)表于《半導(dǎo)體加工中的材料科學(xué)》(Materials Science in Semiconductor Processing)。
典型的光學(xué)薄膜通常由高折射率材料層和低折射率材料層交替疊加而成。由于適合光學(xué)薄膜的材料有限，薄膜膜系設(shè)計(jì)時(shí)存在折射率和光學(xué)帶隙上的選擇限制。混合材料不僅具備連續(xù)可調(diào)的折射率和光學(xué)帶隙，更展現(xiàn)出優(yōu)于單一材料的低損耗和高激光損傷閾值特性，逐漸應(yīng)用于高功率激光薄膜元件以及高精密光學(xué)系統(tǒng)中。現(xiàn)有的研究更多側(cè)重于混合材料對薄膜光學(xué)、應(yīng)力等宏觀性能的影響，對于混合對薄膜材料本身的微觀性能研究較少。
在這項(xiàng)工作中，研究人員聚焦于在抗激光損傷性能上表現(xiàn)出色的HfO2-Al2O3混合物薄膜，通過改變薄膜的混合比例以及改變薄膜的退火溫度來研究HfO2-Al2O3混合物薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與化學(xué)成份的演變。研究結(jié)合了多種表征技術(shù)，包括核磁共振譜(MAS-NMR)、飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜 (TOF-SIMS)、X 射線光電子能譜 (XPS)、X射線衍射 (XRD)和透射電子顯微鏡 (TEM)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HfO2的混入使得Al2O3薄膜由以六配位鋁為主的連接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗奈辶湮讳X共存的連接結(jié)構(gòu)，且混合物內(nèi)出現(xiàn)包含Hf-O-Al的三元化合物，其含量與五配位鋁(AlV)的含量呈正相關(guān)，并進(jìn)一步影響 HfO2-Al2O3混合物薄膜的潤濕性。該研究有助于進(jìn)一步理解HfO2-Al2O3混合物薄膜材料的微觀結(jié)構(gòu)，為新型薄膜研發(fā)提供材料基礎(chǔ)。
相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金委、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃、東方英才計(jì)劃領(lǐng)軍項(xiàng)目、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等的支持。
圖1. (a)HfO2-Al2O3混合物薄膜的示意圖；(b)1:1混合的HfO2-Al2O3混合物薄膜在不同退火溫度下的Al配位分布情況；(c)在不同退火溫度下五配位Al含量與三元化合物Hf-O-Al含量的變化。
圖 2. (a) 接觸角儀中拍攝的水在 HfO2-Al2O3混合物薄膜上的照片以及 (b) 相應(yīng)的水接觸角。(c) M2 樣品的水接觸角與大氣中退火溫度的關(guān)系。
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