上海光机所在等离子体增强原子层沉积HfO2薄膜激光损伤阈值方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室朱美萍研究员团队在等离子体增强原子层沉积（PEALD）HfO₂薄膜的激光损伤阈值（LIDT）方面取得新进展。相关研究成果发表在Journal of Alloys and Compounds上。

PEALD具有精确的厚度可控性，基于该方法的HfO₂／SiO₂三倍频减反射膜性能优良。然而，PEALD HfO₂薄膜中的高杂质含量和非化学计量比导致其LIDT较低，是限制三倍频激光薄膜LIDT提高的主要原因。因此，如何提高PEALD HfO₂薄膜的LIDT成为了研究重点。

研究人员将PEALD HfO₂薄膜在不同气氛和不同温度下进行了退火处理，研究了对HfO₂薄膜表面形貌、晶体结构、化学成分和LIDT（激光脉宽：7．8 ns，激光波长：355 nm）的影响。实验结果表明，在氧气气氛下退火更有利于杂质化合物（碳酸盐和胺）的分解和缺氧状态的改善。与退火前相比，在氧气气氛特定温度下退火的HfO₂薄膜具有更低的C和N杂质含量，更高的化学计量比，从而具有更低的吸收和更高的LIDT。该实验为PEALD氧化物薄膜和其他含有类似杂质的氧化物薄膜的性能改善提供了参考，有利于相关激光薄膜LIDT的提高。

图1． 不同温度下氧气退火的HfO₂薄膜的XPS能谱：（a）Hf 4f，（b）C 1s，（c）N 1s和（d）O 1s

图2． 不同温度下氧气退火的HfO₂薄膜：（a）杂质含量，（b）O／Hf比，（c）吸收和（d）LIDT