Диссертация (1149530), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Оптимальный вариант получался для смеси от 30% до 50% фторида бария.Эти пленки были стабильны во времени. Онипроверялись на механическиесвойства: адгезию, влагостойкость и напряжение в них. Адгезия проверяласьметодом отрыва пленки скотчем [64]. Влагостойкость пленок проверялась путемопускания в холодную воду или выдержкой в атмосфере 90% влажности.Считается, что такое тестирование гарантирует работоспособность пленки втечение нескольких лет при обычных условиях.
Все эти испытания показалиполную работоспособность исследуемых пленок. Легирование фторида иттрия(YF3) свыше 50% фторидом бария (BaF2) не прошел тест на влагостойкость.На рис. 2.4.4 и рис. 2.4.5 приведены зависимости показателей преломления(n), поглощения (k) от длины волны (λ) на подложках из Si марки КЭФ-5 дляпленок YF3, 67% YF3+33% BaF2 и 50% YF3+50% BaF2. Из рис.
2.4.4 видно, чтонаибольший показатель преломления имеет пленка чистого фторида иттрия,толщина которой 8λ/4.61Рис. 2.4.4. Зависимости показателя преломления (n)от длины волны (λ) пленок YF3, 67% YF3+33% BaF2 и 50%YF3+50% BaF2на подложках из кремния (Si)Рис. 2.4.5. Зависимости показателя поглощения (k)от длины волны (λ) пленок YF3, 67%YF3+33%BaF2 и 50%YF3+50%BaF2на подложках из кремния (Si)62Из рис. 2.4.5 видно, что поглощение в пленке 67% YF3+33% BaF2 надлинах волн 3 мкм и 6 мкм, т.е. в области поглощения водой в порах пленки,минимально.Исследованияпоказали,чтовэтомдиапазонеданныйбифторид(67% YF3+33% BaF2) является перспективным пленкообразующим материалом. Вотличие от известных фторидов и чистого фторида иттрия он не имеет сильныхполос поглощения, негигроскопичен, обладает хорошимимеханическимисвойствами и может быть использован в составе сложного покрытия в средней ИКобласти спектра.2.5.
Сводные результаты по оптическим константамВ таблице 2.5.1 приведены значения полученных оптических константисследованных пленок на подложках из кремния (Si) и селенида цинка (ZnSe), т.е.определены показатели преломления (n) и поглощения (k).В таблице 2.5.2 приведены оптические константы пленкообразующихматериалов на основе фторида бария. Пленки фторида магния (MgF2) неисследовались отдельно, так как они обладают высокими растягивающимисянапряжениями и редко используются в ИК области спектра, кроме того ихдлинноволновая область спектра составляет 5 - 6 мкм [65].Для исследуемых пленок находилась относительная плотность q, котораяопределяется соотношениемплотностипленки pf к плотности массивногообразца pm (монокристалла).
Относительная плотность (коэффициент упаковки/коэффициент заполнения) связана с показателем преломления массивногообразца и пленки соотношением [4]:qpfpm(n 2f 1)(n m2 2)(n 2f 2)(n m2 1)(2.5.1)где nf и nm – показатели преломления пленки и массивного образца, т.е.монокристалла соответственно.63Таблица 2.5.1. Оптические константы исследованных пленокМатериалы / подложкаДлина волны,мкмYF3 / Si11.52.02.52.72.93.03.23.54.04.5567810.512BaF2 / ZnSe2n1.5001.4851.4751.4631.4651.4781.4831.4781.4751.4651.4641.4501.4181.3801.2671.203CaF2 / Si3k0.445·10-30.125·10-30.135·10-31.645·10-34.721·10-34.722·10-32.245·10-30.745·10-30.300·10-30.323·10-30.506·10-31.604·10-31.254·10-31.000·10-31.725·10-33.221·10-3n1.3301.3111.3051.3021.3061.3141.3211.3091.3001.2931.2911.2881.2871.2851.271.2654k0.012·10-30.041·10-30.121·10-30.463·10-31.502·10-31.750·10-32.082·10-30.931·10-30.222·10-30.224·10-30.435·10-30.932·10-30.561·10-30.463·10-30.544·10-30.978·10-3n1.2521.2471.2431.2381.2421.2441.2471.2451.2371.2261.2201.2131.2001.1861.1301.119k0.041·10-30.163·10-30.186·10-30.512·10-31.567·10-31.719·10-31.477·10-30.526·10-30.143·10-30.115·10-30.138·10-30.257·10-30.221·10-30.194·10-30.243·10-30.457·10-3В таблице 2.5.3 приведены результаты расчета относительной плотностипленок на подложках ZnSe и Si.Из таблиц 2.5.1 - 2.5.3 видно, что пленки двойных фторидов (бифторидов)имеют меньшее поглощение и большую плотность упаковки по сравнению спленками чистых фторидов.В справочниках отсутствуют данные по монокристаллу фторида иттрия.Поэтому мы не смогли рассчитать его относительную плотность и относительнуюплотность пленкообразующих материалов на его основе.В качестве пленкообразующих материалов использовались кристаллыBaF2, CaF2 и YF3, которые впоследствии являлись основными компонентамибифторидных пленок: 90%BaF2+10%СaF2, 67% YF3+33% СaF2, 67% YF3+33%BaF2, 50% YF3+50% BaF2.64Таблица 2.5.2.
Оптические константы пленкообразующих материалов на основефторида барияМатериал / Подложка (ZnSe)90% BaF2 + 10% CaF298% BaF2 + 2% MgF2Длина волны,мкм12n1.3671.3621.3511.3541.3571.3611.3621.3521.3461.3421.3371.3301.3231.3101.2902.02.52.72.93.03.23.54.04.5567810.5123k0.024·10-30.063·10-30.201·10-30.583·10-30.621·10-30.841·10-30.423·10-30.223·10-30.121·10-30.103·10-30.205·10-30.132·10-30.101·10-30.178·10-30.283·10-3n1.3541.3471.3361.3511.3351.3411.3501.3371.3321.3301.3211.3171.3121.2941.280k0.175·10-30.341·10-30.382·10-30.543·10-30.561·10-30.874·10-30.541·10-30.371·10-30.192·10-30.150·10-30.424·10-30.313·10-30.225·10-30.353·10-30.445·10-3Таблица 2.5.3. Относительная плотность исследуемых пленокМатериал / ПодложкаBaF2 /CaF2 /98%BaF2+2%MgF2 /90%BaF2+10%CaF2 /ZnSeSiZnSeZnSe12345Относительнаяплотность (q)0.7430.6210.7830.806ПленкиВ таблице 2.5.4 приведены оптические константы пленкообразующихматериалов на основе фторида иттрия.Ниже приведена сравнительная таблица 2.5.5 оптических постоянныхмонокристаллов и пленок фторидов, полученных различными методами.
Таблицасоставлена по данным отечественных и зарубежных работ.65Таблица 2.5.4. Оптические константы пленкообразующих материалов на основефторида иттрияМатериал / Подложка (Si)Длина волны,мкм67% YF3 + 33% BaF211.52.02.52.72.93.03.23.54.04.5567810.51250% YF3 + 50% BaF2267% YF3 + 33% CaF234n1.480k0.400·10-3n1.461k0.030·10-3n1.44k0.641·10-31.4681.4561.4351.4191.4201.4511.4471.4381.4351.4301.4151.3831.3511.2571.2030.302·10-30.345·10-31.227·10-32.620·10-32.509·10-30.401·10-30.609·10-30.357·10-30.391·10-30.423·10-30.705·10-30.705·10-30.75·110-32.185·10-33.389·10-31.4351.4231.4151.3831.3841.4051.4081.4001.3931.3811.3751.3521.3251.2451.2030.101·10-30.344·10-31.523·10-33.651·10-33.705·10-32.245·10-30.642·10-30.234·10-30.287·10-30.507·10-31.646·10-31.307·10-31.108·10-32.445·10-33.205·10-31.421.401.3951.3901.3761.4091.4001.3981.3901.3731.3671.3441.3151.2321.20.582·10-30.422·10-31.716·10-33.172·10-33.446·10-31.042·10-30.686·10-30.241·10-30.332·10-30.357·10-30.838·10-30.803·10-30.841·10-32.711·10-33.556·10-3Оптические постоянные зависят, как от способа получения, так и оттехнологических режимов: температурыподложки, скорости осаждения,остаточного давления или давления реактивной среды в вакуумной камере и т.д.Как видно изтаблицы 2.5.5, дисперсионные зависимости оптическихконстант фторидов практически не представлены в литературе.
Как правило,приведены либо данные для отдельных точек спектра, либо указаны средниезначения для диапазона. Кроме того, в ряде случаев в литературе указаны данныедля монокристаллов [13,14], а не для пленок.66Таблица 2.5.5. Сравнительная таблица оптических постоянных фторидовДлинаволны,мкм[13]крист[14]крист[15][16][8][17][66]Нашиизме-рения122.03-4-51.47861.4607-8-91.495101.485YF34.5--1.4651.458--1.4751.46510.5--1.3601.28--1.281.2670.546-----1.4231.422--1.231.26--2.01.231.26--1.2474.51.4041.405-----1.22610.0-1.310-----1.1380.5-----1.381.40--2.01.4641.464---4.51.4531.453-----1.2841.27210.01.4001.390-----1.258МатериалCaF2BaF2Данных по бифторидам иттрия и бария в литературе практически нет.Имеется работа [6], где исследовались пленки фторида бария, легированногофторидом магния на длине волны 0.9 мкм. Полученный показатель преломления1.42 согласуется с нашими результатами.
В этой же работе исследованопоглощение этих пленок на длине волны 10.6 мкм. В тех случаях, когда можносравнивать полученные нами результаты и результаты, приведенные влитературных источниках, они хорошо согласуются между собой.Так для пленок фторида иттрия, которые интенсивно исследовались впоследние годы,совпадают(см.наши результаты и литературные данные практическитаблицу2.5.5).Возможныеотличияможнообъяснитьприменением разных методик при анализе пленок и разными условиями ихизготовления.67Полученныеизготавливатьнамирезультатыдаютвозможностьсинтезироватьиоптические покрытия с использованием одинарных и двойныхфторидов.Следует отметить, что исследованные достаточно давно пленки фторидакальция требуют особого внимания.
Используемые технологии их изготовленияна первых этапах не позволяли получать пленки качественного состава. Ониимели крупнокристаллическую структуру и невысокие механические свойства[65]. В настоящее время совершенствование технологий напыления позволяетсоздать пленки высокого качества. Наши исследования показали, что пленкифторида кальция имеют поглощение в средней ИК области, сравнимое с пленкамифторида бария.
Их преимуществом является негигроскопичность и высокаямеханическая прочность.68ЗаключениеВ первой части диссертации описаны исследования оптических константпленок.В первойглаве проведен обзор спектрофотометрическихметодовисследования оптических констант пленок.Рассмотренаматематическаямодельиметодырасчетовспектровпропускания и отражения. Для расчетов спектров выбран матричный метод.Предложенаирассмотренаметодикаисследованиядисперсионныхзависимостей оптических констант (ОК) пленок (показателей преломления ипоглощения), базирующаяся на коррекции поглощения в спектрах пропускания иотражения.
Эта методика позволяет свести задачу определения оптическихконстант пленок к известной задаче нахождения ОК непоглощающих пленок. Дляреализации этой методика составлена программа на языке Wolfram Mathematica 8.0.Во второй главепредставленырезультаты исследования оптическихконстант пленок фторидов и бифторидов в диапазоне от 2 мкм до 12 мкм. Для ихопределения использовалась предложенная нами методика коррекции спектров напоглощении в спектрах пропускания и отражения. Рассчитанные оптическиеконстанты дают возможность синтезировать и изготавливать оптическиепокрытия с использованием одинарных и двойных фторидов.В качестве подложек использовались селенид цинка (ZnSe) и кремний (Si).Для этих подложек были предварительно определены оптические константы.Экспериментально доказано, что предложенная методикадает хорошиерезультаты при определении оптических констант пленок.Проведены экспериментальные исследование пленок фторидов и двойныхфторидов (бифторидов), в результате определены оптические константыисследуемых пленок: YF3, BaF2, CaF2, 98%BaF2+2%MgF2, 90%BaF2+10%CaF2,67%YF3+33%BaF2, 50% YF3+50% BaF2 и 67%YF3 + +33% CaF2.69ОпределенаотносительнаяплотностьпленокBaF2,CaF2,98%BaF2+2%MgF2, 90%BaF2+10%CaF2.Приведены сводные результаты по оптическим константам пленокфторидов и бифторидов в средней ИК области спектра.
В научной литературе пофторидам в средней ИК области спектра дисперсионные характеристикипрактически не представлены, имеются данные для отдельных точек спектра илиуказаны средние значения для среднего диапазона. Данные по бифторидамвпервые рассчитаны автором диссертационной работы.Исследования, проведенные для данной диссертационной работы, показали,что пленки фторида кальция имеют поглощение в средней ИК области спектра,сравнимое с пленками фторида бария.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
