HiPIMS反應濺射制備SiO2-Ta2O5光學干涉膜

引言

在Si靶和Ta靶氧反應濺射時，用合適的HiPIMS脈沖參數可以抑制進氣遲滯回線，在沒有氣體控制器下也能保證工藝穩定性。

點睛

通過HiPIMS反應濺射制備SiO2-Ta2O5光學干涉膜，并和RFMS制備膜層進行比較，HiPIMS制備的堆垛層，膜層更加致密，SiO2和Ta2O5界面更加清晰，折射率更高。

內容

濺射Si靶參數為：HiPIMS頻率為1Khz，脈寬為40us，Ar=45sccm，O2=0-4sccm進氣量，測試增加氣體和減少氣體曲線如圖1（a）和（b）；濺射Ta靶參數為：HiPIMS頻率為50hz，脈寬為200us，Ar=45sccm，O2=0-50sccm進氣量，測試增加氣體和減少氣體曲線如圖1（c）和（d）所示；

圖1，a）和b）為Si靶連接HiPIMS時電流電壓及功率與氧含量曲線， c）和d）為Ta靶HiPIMS時電流電壓及功率與氧含量曲線

從圖中可以看出，隨著氧含量增加或者降低，Si靶和Ta靶都不存在遲滯現象。HiPIMS制備SiO2和Ta2O5的氧含量窗口很寬。

圖2，a）為RF濺射制備的11層堆垛層，相比較b）HiPIMS制備的堆垛層，膜層更加致密，SiO2（白亮層）和Ta2O5（黑暗層）界面更加清晰。

圖2, a）和b）分別表示RFMS和HiPIMS制備的SiO2和Ta2O5的濾鏡截面SEM圖

分別比較RFMS和HiPIMS制備光學層的折射率，如圖3所示，在波長550nm處，HiPIMS制備五氧化二鉭達到2.2，而RFMS制備涂層折射率為2.16，其0.04的顯著增加主要來自于HiPIMS濺射過程中離子轟擊增強導致非晶態膜層致密度提高。

圖3、RFMS和HiPIMS制備的SiO2和Ta2O5的折射率n

結論

用HiPIMS制備SiO2和Ta2O5，其工藝窗口寬，單層膜的折射率要明顯高于RFMS制備涂層。同時7層和11層堆垛的濾光層，其膜基結合力更高，膜層應力更低。