制备方法
在离子束出射窗口和待加工样片之间,垂直于离子束出射方向放置开有三角形窗口的挡板,离子束刻蚀时,样片以某一恒定速率来回运动,经过一定的刻蚀次数后,获得垂直于样品运动方向上的厚度差异,最终获得设计的楔形间隔层。
首先,在K9基底上进行第一次镀膜,将下层膜系和中间谐振腔层镀好;其次,按上述方法对中间层进行刻蚀,获得具有一定楔角的楔形谐振腔层;然后,配合第二次镀膜,即可完成线性渐变滤光片的制备。
三角形底边长度为L,三角形的高为H,沿样品台运动方向不同高度对应的开口宽度为D,对应的高为h,则D是关于h的函数,可表示为D(h) = Lh/H;不同高度对应的蚀刻深度可表示为W(h) = DvN/V = LhvN/(VH )。
式中v为介质材料在特定蚀刻条件下的蚀刻速率;V为样品台的运动速率;N为来回刻蚀的遍数。实验采用的挡板尺寸为L= 60mm、H= 80mm,样品刻蚀前,首先对谐振腔层材料的刻蚀速率进行标定,根据设计的蚀刻深度要求以及标定的材料刻蚀速率,计算出需要来回刻蚀的遍数,在离子束刻蚀机中设定好相关参数,刻蚀后即可获得预期的楔形谐振腔层。
滤光片制备
滤光片采用了尺寸为80 mm X 10 mm 的K 9基片。首先,需要完成下层反射膜系以及中间谐振腔层的镀制。谐振腔层厚度设计为670 nm。第一次镀膜完成后,进行样品刻蚀前的速率标定实验。实验均采用相同的离子源参数:加速电压500 eV、束流200 m A。分别设定工作气体参数为Ar(氩气)流量15 sccm(1 sccm =l mL/min)、Ar/CF4流量5/10 sccm,测定了两种条件下SiO2材料的刻蚀速率分别为1.33 nm/s和3.83 nm/s。
为提高刻蚀效率,选用Ar和CF4作为工作气体。设定工作气体参数Ar/CF4流量5/10 sccm,样品台的运动速率V=2 mm/s,该条件下要获得预期的470~630 nm 厚度范围的谐振腔层,样品来回刻蚀3遍即可。设计了刻蚀遍数N = l,2,3 三组谐振腔层刻蚀实验,不同的刻蚀遍数会产生不同的谐振腔结构,在滤光片性能上体现为具有不同的工作波段范围。多遍刻蚀时,每遍刻蚀之间间隔10~20 min以避免持续刻蚀产生的基片过热对材料刻蚀速率的影响。待三组样片谐振腔层刻蚀完成以后,进行第二次镀膜即上层膜系的镀制,镀制完以后,即完成了线性滤光片的制备。
结论
简便的离子束刻蚀制备线性渐变滤光片的方法,通过在离子束出射窗口和待加工样片之间加入特定形状挡板,通过控制挡板来回移动的速率和遍数,来获得设计的楔形谐振腔层结构,配合镀膜技术,即可完成线性渐变滤光片的制作。相比现有的滤光片制作方法,本文方法只涉及镀膜和刻蚀两种制备工艺,具有离子束刻蚀速率稳定可调控,楔形谐振腔层可自由设计,制备基本不受滤光片尺寸大小影响等特点,对于线性渐变滤光片的制作具有实际参考价值。
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