望咏林,颜悦,温培刚,伍建华,张晓锋
(北京航空材料研究院,北京 100095)
摘要: 氧化钛(TiO2)薄膜具有高的折射率和可见光透过率以及自然环境下稳定性,因而在光学薄膜元器件领域取得了广泛的应用。本文利用双靶孪生50KHz中频反应磁控溅射的方法,在冷阴极霍夫曼离子束源产生的低温离子束辅助的条件下制备了光学性能良好的氧化钛薄膜。利用X射线衍射仪、分光光度计、椭圆偏振仪研究了离子束流密度以及退火温度对氧化钛薄膜结构、光学折射率和消光系数、堆积密度和孔隙率等的影响。结果表明:利用中频孪生磁控溅射的方法将沉积工艺控制在反应过渡区,可以有效的抑制钛靶中毒和阳极消失,反应溅射过程稳定;辅助离子束提高了等离子体的电荷密度;相同溅射功率时氧化钛薄膜的沉积速率增加,堆积密度和光学折射率也有所提高,薄膜表面趋于平坦,孔隙率和消光系数降低;但薄膜均为非晶结构。氧化钛薄膜在经过400℃高温空气退火出现从非晶到锐钛矿(101)多晶结构转变,薄膜折射率随锐钛矿相增加而变大,消光系数则由于薄膜中含氧量减少而增加;600℃时薄膜呈现锐钛矿和金红石多晶结构,800℃时完全转化为金红石相。
关键词:离子束辅助沉积、中频磁控反应溅射、孪生靶、氧化钛薄膜