通过原子层沉积技术在熔石英玻璃表面制备了同质材料的单层SiO2薄膜,对光学薄膜的物理化学性质和强激光辐照下的激光诱导损伤性能进行了深入研究.实验中采用双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)和臭氧(O3)作为反应前驱体,在熔石英光学元件表面进行了SiO2薄膜的原子层沉积工艺研究,以不同沉积温度条件制备了一系列膜样品.首先对原子层沉积特性和薄膜均匀性展开了研究,发现薄膜生长厚度与沉积循环次数之间符合线性生长规律,验证了制备薄膜的原子级逐层生长特性,并且表面沉积膜层的均匀性很好,其测得膜厚波动不超过2％.然后针对不同温度条件下沉积的SiO2薄膜,对其粗糙度及各类光谱特性展开了研究,对比结果表明:样品的表面粗糙度在镀膜后有轻微的降低;薄膜样品在200～1000 nm范围内具有出色的透过率,均超过90％ 并逐渐趋近于93.3％,且其透射光谱与在裸露熔石英衬底上测得的光谱没有明显差异;镀膜前后荧光光谱和傅里叶变换红外光谱的差异证实了原子层沉积SiO2膜中点缺陷(非桥键氧、氧空位、羟基等)的存在,这将会影响薄膜耐损伤性能.最后对衬底和膜样品进行了紫外激光诱导损伤测试,损伤阈值的变化表明熔石英元件表面沉积薄膜后的激光损伤性能有所降低,其零概率损伤阈值从31.8 J·cm-2减小到20 J·cm-2左右,与光谱缺陷情况表征相符合.薄膜中点缺陷部位会吸收紫外激光能量,导致局域温度升高,进而出现激光诱导损伤现象并降低抗激光损伤阈值.在选定的沉积温度范围内,较高温度条件下沉积的SiO2薄膜其激光诱导损伤性能更好,可以控制沉积温度条件使得元件的抗损伤性能更为接近衬底本身,后续有望通过其他反应参数的优化来获得薄膜抗损伤性能的进一步提升.
原子层沉积 二氧化硅 沉积温度 光学特性 激光诱导损伤