[发明专利]利用原子层沉积制备高精度光学宽带抗反射多层膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学抗反射多层膜的制备领域，具体涉及一种利用原子层沉积制备高精度光学宽带抗反射多层膜的方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)技术是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基底上化学吸附并反应而形成薄膜的一种方法。它由芬兰科学家于20世纪70年代提出。随着90年代中期微电子和深亚微米芯片技术的发展，ALD在半导体领域的应用愈发广泛。由于ALD表面反应的自限性，理论上ALD沉积的精度可以达到原子量级。此外，相对于传统的光学薄膜沉积方式而言，ALD生长的薄膜在沉积温度、聚集密度和保形性上有着不可比拟的优势，使得利用ALD制备光学薄膜逐渐成为人们研究的热点。

ALD的表面反应具有自限制性，即在每个脉冲期间，气相前驱体只能与沉积表面活化的键位发生原子成键位的沉积反应，基材表面的活化位置的数量直接决定ALD制备薄膜的生长速率。当ALD生长的薄膜均匀连续的时候，可供每轮反应的表面活化位置是由前期已均匀覆盖的薄膜表面提供的。因此，对于每个循环而言，数量基本统一，可以获得恒定的沉积速率。然而，对于普通的光洁基材而言，在薄膜生长初期，光洁基材表面活化键位的分布并不均匀，初始的ALD生长只能发生在基材的活化位置上，同时这些初始生长的薄膜也可以提供后续生长的活化位置。ALD生长的初期的活化位置是同时由基材和薄膜提供的，反应过程中数量并不恒定，造成了初期生长速率不稳的情况。大多数光学宽带抗反射多层膜系的第一层的厚度往往落在ALD沉积的过渡范围内，此时，如果对膜系中相同的材料采用统一的速率来沉积，势必会造成制备误差。

目前ALD制备的光学薄膜只在单点抗反射膜这类简单膜系上有较为合格的结果，而在应用更为广泛的较为复杂的宽带抗反射多层膜方面的表现差强人意。现有的抗反射多层膜包括高折射率层和低折射率层，并且高折射率层和低折射率层交替排列。Yaowei Wei等人在题为《Laser damage properties ofTiO₂/Al₂O₃ thin films grown by atomic layer deposition》的文章中提出了利用ALD技术制备1064nm单点抗反膜，见Appl.Opt.的第50期第4720-4726页的记载。在1064nm单点实现了较好的抗反效果，但该膜系过于简单，对各种误差不敏感，沉积时间也较短，所以无法普适地用于复杂光学薄膜的制备中。Adriana Szeghalmi等人在题为《Atomic layer deposition of Al₂O₃ and TiO₂multilayers for applications as bandpass filters and antireflection coatings》的文章中提出了利用ALD技术制备带通滤光片和抗反射膜，见Appl.Opt.的第48期第1727-1732页的记载。文中认为ALD生长的薄膜为简单的线性生长模型，对于相同的材料以统一的速率加以沉积，并未考虑光洁基板上薄膜生长初期生长速率不稳定的情况。制备的抗反射膜结果较差，在400nm-600nm带宽范围内，透过率无法满足要求。相对于传统成熟的光学薄膜沉积方法而言，制备误差比较大，不足以运用到实际的科研或生产中，无法满足实际的科研或生产的需要。

发明内容

本发明针对ALD生长的初期由于基材上羟基分布不均导致生长速率不稳定，难以准确制备复杂多层抗反射膜的技术问题，提供了在一种无监控条件下，利用ALD制备高精度光学宽带抗反射多层膜的方法，通过对基材上ALD过渡区范围的划定，提出了引入预沉积层的光学抗反射多层膜的制备方法，从而能够使得ALD制备的宽带抗反射多层膜的带宽（400nm~680nm）精度极高，反射率很低，抗反射性能优异。

一种利用原子层沉积制备高精度光学宽带抗反射多层膜的方法，包括以下步骤：

1）利用原子层沉积技术，在基材上沉积第一折射率层，所述的第一折射率层由不同循环次数下累积膜得到，测得不同循环次数下的第一折射率层的厚度，并计算相应的生长速率，以循环次数为横坐标、以生长速率为纵坐标绘制成速率曲线；

所述的生长速率（nm/cycle）=第一折射率层的厚度/该厚度下对应的循环次数；