Диссертация (1149530), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Программа предлагает сохранитьнайденные зависимости в tsv формате. При этом в файл сохраняется таблица стремя столбцами: длина волны (мкм), показатель преломления n, показательпоглощения k.43Рис.1.6.1. Алгоритм программы для вычисления оптическиххарактеристик пленкиТаким образом, описанным методом можно найти для заданного участкаспектра дисперсионные зависимости оптических констант пленки n(λ) k(λ), и еѐгеометрическую толщину d.

Метод избавлен от трудностей,связанных снахождением аналитических решений для всей системы (1.4.4-1.4.5). Впрограмме, возможно, вручную подобрать константы. Для этого необходимоспектр разделить на небольшие области. И постепенно совмещать эталоннуюспектральную характеристику, с исследуемой. В итоге можно получитьдостаточно точные дисперсионные характеристики показателей преломления ипоглощения пленки во всем требуемом диапазоне.44ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ПЛЕНОК2.1.

Изготовление пленокВ настоящей работе оптические пленки изготавливались в вакууме наустановке ВУ-2М путем электронно-лучевого испарения (ЭЛИ-22) материала изграфитового тигля [7]. Напыление начиналось при достижении вакуума порядка3·10-3 Па. Температура подложек при напылении не превышала 150° С сточностью ± 5° С. Контроль толщины напыляемых пленок и скоростей осажденияконденсата осуществлялся фотометрическим методом.Для подложек из кремния (Si) и селенида цинка (ZnSe) контрольосуществлялся на длине волны контроля λ0=1 мкм, в которой все пленки имеютмалое поглощение (менее 0.1 %) [7].Толщина пленок определялась по экстремумам в спектре пропускания в техспектральныхобластях,гдепоглощениевпленкахотсутствует(илинезначительно), и, где дисперсия показателя преломления невелика.

Оптическуютолщину пленок h на длине волны λ0 определяли по числу экстремумов:h  dn(0 ) n(0 ) mк,n( к ) 4(2.1)где λк - длина волны фотометрического контроля, n(λк) – показатель преломленияпленки на длине волны контроля, d – геометрическая толщина пленки, п(λ0) –показатель преломления на длине волны λ0, m – число экстремумов – максимумовили минимумов пропускания света. Относительная погрешность измеренияпропускания фотометрической системы не превышала 0.5%. Это обеспечивалоточность контроля толщины напыляемой пленки при m = 8–15 не хуже 1% принапылении на стеклянный свидетель.Скорость напыления определяли по времени, которое требовалось длянапыления пленки с толщиной, соответствующей расстоянию между соседними45экстремумами.

Толщина напыляемых пленок выбиралась таким образом, чтобы висследуемом спектральном диапазоне в интерференционной картине былодостаточное число экстремумов для построения огибающих Tmax (λ) и Tmin (λ).В ходе изготовления пленок для них оценивался коэффициент аккомодации(прилипания) по количеству испаренного вещества и по скорости роста пленкипри фиксированной мощности, рассеиваемой тиглем с напыляемым веществом.Спектральные измерения образцов проводились на Фурье-спектрометре ФСМ1201 (ООО Мониторинг, Россия) при комнатной температуре.Пленкообразующие материалы на основе двойных фторидов (бифторидов)изготавливались путем напыления смесей фторидов из одного тигля.

Температураиспарения всех используемых фторидов близка друг к другу и отличается на  300С для одинаковой упругости паров, кроме фторида иттрия, который болеетугоплавкий и испаряется при большей температуре, чем другие фториды. Это негарантирует, что пленка получается такого же состава, как и исходная смесь.Отличие в составе пленки от исходной смеси может составлять несколькопроцентов. Мы не стремились получить пленки с составом аналогичным кисходной смеси. Оценка по упругости паров показывает, что эти отличия непревышают 30% от исходной смеси, поэтому состав пленки задавалсяориентировочно.

Для нас важно было определить тенденцию к изменениюоптических констант пленки.2.2. Оптические константы подложекСуществует зависимость показателей преломления и поглощения от маркикремния и селенида цинка, поэтому мы исследовали подложки, на которыхнепосредственно напылялись пленки. В качестве подложек мы использовалиполированные диски из монокристаллического кремния марки КЭФ-4.5 иселенида цинка марки SVD.46Реальные значения ОК подложек могут отличаться от табличных значений[46].

Поэтому мы определяли оптические константы используемых подложек.Они определялись из спектров пропускания и отражения чистой подложки.Интерес представляет диапазон от 2 до 12 мкм, в котором и определилисьОК подложек из селенида цинка (ZnSe) и кремния (Si).Зная, что для подложек без пленок спектры пропускания соответственноравны:Ts где1  Rs1  RsRs–(2.2.1)отражениеотоднойповерхности 1  nsпластины Rs   1  ns2Значение показателей преломления n находилось из уравнения (2.2.1), тогда: 1  ns1   1  nsT 1  ns1   1  ns22(2.2.2)Решая уравнение 2.2.2 находим показатель преломления:211ns      1Ts Ts (2.2.3)Для уравнения (2.2.3) существует два решения: ns<1 и ns>1 . В нашемслучае показатель преломления подложки были больше единицы (ns>1) и211уравнение (2.2.3) имеет вид: n s      1 .Ts Ts Значение показателя поглощения kпленки и ее геометрической толщинеопределялось по поглощению Asds по формуле [39]: k=Aλ0/4πnd,толщина пластины для ZnSe составляет 3 мм, а для Si – 0.32 мм.где47Вначале, рассмотрим подложку из ZnSe, поглощение которой в указанномдиапазоне менее 0.2%.

На рис. 2.2.1 представлена зависимость пропускания (T),отражения (R), поглощения (A) для селенида цинка от длины волны (λ).На рис. 2.2.2 представлена зависимость показателя преломления ипоглощения расчитанная по формуле (2.2.3) от длины волны. В подложке изкремния присутствуют полосы поглощения на ряде длин волн, в исследуемомдиапазоне спектра.На рис. 2.2.3 представлена зависимость пропускания (T), отражения (R),поглощения (A) для кремния от длины волны (λ).

Из этих спектров находилосьпоглощение: As=1-Ts-Rs. Коррекция поглощения проводилась по формуле (1.5.16).На рис. 2.2.4 приведены спектры подложек из кремния, с коррекцией поуказанной методике, рассмотренной в разделе 1.5. Из рис. 2.2.4 видно, что вспектрах отсутствуют пики поглощения и сумма Т+R=1 с точностью 0.001.На рис. 2.2.5 представлена зависимость показателя преломления ипоглощения от длины волны. Показатель преломления рассчитывался по формуле2.2.3.Рис. 2.2.1. Зависимость пропускания (T), отражения (R), поглощения (A) дляселенида цинка от длины волны (λ)48Рис.

2.2.2. Зависимость показателя преломления (n) и поглощения (k∙104) отдлины волны (λ) для селенида цинкаРис. 2.2.3. Зависимость пропускания (T), отражения (R), поглощения (A) длякремния от длины волны (λ)49Рис. 2.2.4. Коррекция в спектрах пропускания (T), отражения (R), поглощения (A)для кремния от длины волны (λ)Рис. 2.2.5. Зависимость показателя преломления (n) и поглощения (k∙104) отдлины волны (λ)50Таблица 2.2.1. Значения показателей преломления материалов в ИК областиспектраДлинаволны,мкм12.04.05.08.09.010.012.0Показатели преломления материаловZnSe [59]ZnSe(справочные) (экспериментальные)232.4452.4442.4352.4282.4322.4262.4182.4192.4132.4152.4072.4102.3942.399Si [59](справочные)43.4523.4253.4223.4193.4183.4173.417Si(экспериментальные)53.4533.4413.4273.4173.4163.4083.405Из рис.

2.2.5 видно, что в области 9 мкм имеется пик поглощения,обусловленный наличием атомов кислорода в подложке. Это приводит кдополнительной дисперсионной зависимости показателя преломления кремния.Видно, что экспериментальные показатели преломления практическисовпадают со справочными данными. Отличие не превышает 0.3%.2.3. Оптические константы пленок на основе фторида барияОптические свойства тонких пленок зависят от условий их получения изачастую отличаются от известных справочных данных, приведенных длямонокристаллов или массивных образцов.

Наряду с изучением свойствоптических тонкопленочных систем, большие усилия затрачиваются на поискиновых материалов для их реализации. Возможность варьировать не толькотолщину слоя, но и его показатель преломления является дополнительнойстепенью свободы при проектировании оптических покрытий. В этом смыслеразработка технологии получения новых материалов в совокупности с созданиемметодов и средств получения тонких пленок этих материалов позволяет и вдальнейшем совершенствовать как технологию изготовления интерференционныхпокрытий, так и их эксплуатационные, спектральные и экономические51характеристики.

Поэтому поиск новых материалов, а также работы посовершенствованию технологии получения тонких пленок иоптическихпокрытий на их основе являются актуальной и весьма перспективной с позициинакопления новых знаний и опыта областью исследований.Одними из наиболее широко распространенных пленкообразующихматериалов с низким показателем преломления в инфракрасной (ИК) областиспектра являются: фторид бария, фторид иттрия, фторид тория, фторид магния ифторид кальция. Все эти материалы имеют ряд недостатков.

В связи с этимвозникает важная задача – поиск новых пленкообразующих материалов с низкимпоказателем преломления для инфракрасной области спектра. В работах [8, 17]приведены дисперсионные характеристики показателя преломления для пленокфторида бария.В публикациях [6-7, 60] обсуждаются возможности использованияфторидов и бифторидных соединений для получения пленкообразующихматериалов с улучшенными оптическими и механическими свойствами.

В [6-7]проводились измерения оптических констант пленок непосредственно в процессеих изготовления в вакууме. И были найдены оптические константы пленки надлине волны контроля.Найденные оптические постоянные пленок в процессе их роста в вакууме невсегда совпадают с величинами, полученными измерением спектральныххарактеристик на воздухе. Причина этого заключается в том, что структурапленки сложна и содержит поры.

Характеристики

Список файлов диссертации