HiPIMS反应溅射制备SiO2-Ta2O5光学干涉膜

引言

在Si靶和Ta靶氧反应溅射时，用合适的HiPIMS脉冲参数可以抑制进气迟滞回线，在没有气体控制器下也能保证工艺稳定性。

点睛

通过HiPIMS反应溅射制备SiO2-Ta2O5光学干涉膜，并和RFMS制备膜层进行比较，HiPIMS制备的堆垛层，膜层更加致密，SiO2和Ta2O5界面更加清晰，折射率更高。

内容

溅射Si靶参数为：HiPIMS频率为1Khz，脉宽为40us，Ar=45sccm，O2=0-4sccm进气量，测试增加气体和减少气体曲线如图1（a）和（b）；溅射Ta靶参数为：HiPIMS频率为50hz，脉宽为200us，Ar=45sccm，O2=0-50sccm进气量，测试增加气体和减少气体曲线如图1（c）和（d）所示；

图1，a）和b）为Si靶连接HiPIMS时电流电压及功率与氧含量曲线， c）和d）为Ta靶HiPIMS时电流电压及功率与氧含量曲线

从图中可以看出，随着氧含量增加或者降低，Si靶和Ta靶都不存在迟滞现象。HiPIMS制备SiO2和Ta2O5的氧含量窗口很宽。

图2，a）为RF溅射制备的11层堆垛层，相比较b）HiPIMS制备的堆垛层，膜层更加致密，SiO2（白亮层）和Ta2O5（黑暗层）界面更加清晰。

图2, a）和b）分别表示RFMS和HiPIMS制备的SiO2和Ta2O5的滤镜截面SEM图

分别比较RFMS和HiPIMS制备光学层的折射率，如图3所示，在波长550nm处，HiPIMS制备五氧化二钽达到2.2，而RFMS制备涂层折射率为2.16，其0.04的显著增加主要来自于HiPIMS溅射过程中离子轰击增强导致非晶态膜层致密度提高。

图3、RFMS和HiPIMS制备的SiO2和Ta2O5的折射率n

结论

用HiPIMS制备SiO2和Ta2O5，其工艺窗口宽，单层膜的折射率要明显高于RFMS制备涂层。同时7层和11层堆垛的滤光层，其膜基结合力更高，膜层应力更低。