【文章內容簡介】 的 M. Trovo 等合作對 VUV 膜進行了系列研究 , 得出了很多有意義的成果。 對于真空紫外薄膜 , 全面考慮其光學性質、機械性能及化學穩(wěn)定性 , 比較適用的材料并不多 , 主要包括金屬材料和介質材料 , 金屬材料中最有潛力的是鋁 , 介質材料主要包括氧化物材料和氟化物材料。對于特定的真空紫外材料來說 , 其性質往往隨不同沉積設備和不同操作方法而各異。 金屬鋁膜因在 80~120nm 范圍都具有較高的反射率而得到大量研究。金屬膜在整個真空紫外、甚至極紫外領域都能得到較高的反射率 , 加上金屬薄膜截止帶寬、中性好和偏振效應小等 , 對于設計一些特殊應用的膜系具有重要的作用。但金屬通常比介質存在更大的吸收 , 因而反射率不會很高 , 且損傷閾值偏低 , 一定程度上限制了金屬膜的應用范圍。 介質薄膜中氧化物薄膜因機械應力小 , 環(huán)境穩(wěn)定性比氟化物薄膜好 , 而在 193nm 得到廣泛應用。在真空紫外波段 , 所用的氧化物材料主要是 Al2O3 和 SiO2。氟化物材料帶寬大、吸收系數小 , 是真空紫外波段中 190nm 以下波段的首選介質材料 , 但氟化物材料對同步輻射和 CH 污染都比較敏感 , 為此需要外鍍保護層。研究表明 ,SiO2 能起到最好的保護效果。沉積了致密 SiO2 保護層的氟化物高反膜 , 在中心波長 180nm 處可得到接近 99%的反射率。氟化物減反膜在157 nm 處可得到 %以下的反射率 。 到目前為止 , 氟化物薄膜最好的沉積工藝是熱舟蒸發(fā)。 等等。 9 然而 光學薄膜的透過率、反射率和帶寬等性能與材料的性能特別是折射率密切相關，在優(yōu)化光學薄膜設計時，為了達到最佳性能，往往需要特定折射率材料。 但自然界中可直接利用 的材料是有限的，往往找不到優(yōu)化設計所需的最佳的特定折射率材料。 即使找到折射率接近的某種材料，也有可能因為該材料的其它性能（如消光系數、透明區(qū)等）不好而無法使用。 應用等效折射率的方法，可以實現對某種特定折射率材料的等效替換，但這種方法會大大增加薄膜的層數，尤其是對于膜層較多的設計方案來說，會使膜系設計和優(yōu)化更加復雜，而且可能會增加制備工藝的難度［１ ２］ 。 因此，如何通過簡單可靠的手段得到想要的特定折射率材料是光學薄膜研究的熱點之一。在實際應用中，為了獲得現實不存在的某種特殊功能的材料，人們往往會想到用兩種或多種材料摻雜的方法來實現。 制備摻雜材料的方法也不盡相同，最早期的是把兩種材料粉末進行簡單的物理混合，這種方法雖然簡單，但制備出的摻雜材料的性能往往不佳。 以后，人們不斷嘗試用其它物理方法（如混合蒸鍍法、反應沉積法等）進行摻雜材料的制備，混合蒸鍍法就是其中一種相對比較成熟的方法，包括材料混合蒸鍍，分層蒸鍍和 雙源蒸鍍等。 這種方法多用于半導體摻雜材料的制備 ，探測器用特殊功能材料的制備等方面，并已得到較好的實驗效果。 該方法在光學鍍膜領域方面用的較少，主要用于梯度折射率材料的制備，但基本上停留在理論探索層面，很少有實際工程上的應用［７ １７］ 。 本文借鑒摻雜材料制備方法，利用離子束輔 助電子束雙源共蒸工藝制備了特定折射率材料激 光防護膜，利用膜厚均勻性檔板技術提高了薄膜的膜厚均勻性，薄膜性能測試結果與理論優(yōu)化結果相符。 2. 特定折射率材料的需求 在光學薄膜設計過程中，為了得到最佳的設計結果，往往需要用到某種特定折射率的材料。本文以太陽電池陣激光防護膜為例， 對特定折射率材料的制備進行研究。 航天器太陽電池陣由硅太陽能電池板拼接而成，其工作波段為 ３８０ ～１ １００ ｎｍ，而對于激光防護而言，在該波段防護任務目標為波長 10 ５３２ 和 １ ０６４ ｎｍ 的強激光輻射。激光防護膜的性能要既能保證電池陣有較高的太陽輻射能利用率，還要對兩處強激光有效截止。圖１ 中曲線 ａ 為選用抗激光損傷閾值高且制備工藝成熟的材料 ＺｒＯ２和 ＳＯ２進行的膜系設計方案。 從圖中可以看出，雖然在５３２ 和１ ０６４ ｎｍ 兩波長處的強激光得到有效截止，但由于兩波長處的截止帶較寬， 阻礙了相當部分太陽輻射能的進入，尤其是５３２ ｎｍ 附近的太陽輻射，因為太陽輻射能在５３２ ｎｍ 附近最強，這就會大大降低太陽輻射能的利用率，因此應適當縮減截止帶寬以提高太陽輻射能的利用率。經典薄膜理論中，多層介質反射膜的反射帶寬計算公式為： 式中： nＨ和 nＬ分別為兩種材料的折射率。 公式表明反射帶寬只與兩種材料折射率 n 有關， n 相差越大，反射帶寬越寬。 本方案中截止帶寬與之相仿，由于ＺｒＯ２ （ n ＝２ .０５）和ＳｉＯ２ （ n ＝１ .４６）兩種材料折射率相差較大，因此截止帶較寬。 為了縮減截止帶寬，應減小兩種材料的折射率差值。 經過理論分析和計算，如果選用一種 n ＝１ .７５ 材料替代ＳｉＯ２與 ＺｒＯ２配合進行膜系設計結果較好。 圖１中曲線ｂ 為應用這一特定折射率材料改進設計后的膜系透過率曲線，可以看到截止帶寬得到明顯縮減，大幅提高了太陽輻射能的利用率。 3. 特定折射率材料的制備 3． 1 以往摻雜材料制備 11 為了優(yōu)化薄膜性能，需要采用 n ＝１ .７５ 的特定折射率材料，但現實中沒有合適的材料可以直接利用。 對此，本文借鑒摻雜材料的制備思想，找到人工制造特定折射率材料的方法 ，以滿足應用要求。 以往摻雜材料的制備主要是采用單源混蒸法，即把要摻雜的兩種材料進行物理混合，制成均勻的塊體材料，用一個蒸發(fā)源蒸發(fā)制備出摻雜材料薄膜。 這種方法的不足是有些材料不易直接混合成塊體材料；混合材料的蒸發(fā)特性可能不好；摻雜材料薄膜的成分比例與材質材料塊體的成分比例不一定相同；不易實現任意配比的摻雜材料薄 膜等。 3． 2 雙源共蒸法 在單源混蒸法的基礎上，本文開發(fā)了利用雙源共蒸法制備特定折射率材料薄膜的方法。 圖２所示為雙源共蒸法示意圖。 其原理是兩臺電子槍同時工作，分別蒸發(fā) Ａ、Ｂ 兩種需 要摻雜的膜料，通過控制兩種材料的蒸發(fā)速率實現 Ａ、Ｂ 兩種材料的摻雜配比，并在鍍膜基片上生長出性能介于Ａ、Ｂ 兩種摻雜材料之間 的薄膜材料。 該方法的難點在于對兩種材料蒸發(fā)速率的精確控制。 為了實現此目的，在兩個晶控頭上分別安裝了相應的擋板，防止兩種材料之間的相互影響，同時調整蒸發(fā)工藝，盡量保證兩種材料蒸發(fā)速率的穩(wěn)定性，以確保實驗結果的可靠性。 同樣選擇制備工藝比較成熟的 ＳｉＯ２與 ＺｒＯ２兩種材料進行摻雜，希望得到折射率 n ＝１ .７５ 的且抗激光損傷閾值同樣較高的材料用于該激光防護膜的制備。 為了得 到較高質量的摻雜薄膜材料，還引入了離子輔助沉積手 12 段，在蒸發(fā)膜料的同時，利用射頻離子源進行輔助沉積，它可以使兩種材料摻雜得更加均勻，膜層更加致密，從而提高成膜質量。雙源共蒸法雖然對設備（如蒸發(fā)系統(tǒng)和膜厚控制系統(tǒng)等）要求較高，但很容易通過控制兩種材料的蒸發(fā)速率實現控制兩種材料的摻雜比例，從而得到理想折射率的摻雜薄膜材料。 因此，借 助雙源共蒸法可