離子輔助熱蒸鍍紫外光學薄膜之研究

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童啟弘(Chi-Hong Tung) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

離子輔助熱蒸鍍紫外光學薄膜之研究
(Optical Thin Film Deposited with Ion Assisted for UV Application)

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摘要(中)

本論文將介紹在電阻加熱及電子槍蒸鍍系統中加入離子助鍍法(IAD)製鍍深紫外光區(193nm)之氟化鑭(LaF3)之光學薄膜，主要研究離子輔助法對於薄膜折射率、消光係數、穿透率等光學性質之影響，以及薄膜之水氣吸附、微觀結構、表面粗糙度與結晶性之分析，並探討會令薄膜造成能量損耗的原因，以製鍍出一高品質之光學薄膜，期望能搭配各種低折射率材料做疊加設計，便於提供紫外光區光電科學之應用。

摘要(英)

The study of lanthanum fluoride optical thin film deposited by boat and e-beam evaporation (PVD) with ion-assisted deposition (IAD) for UV application was concerned in this thesis. Due to IAD, we can improve optical and micro-structural properties including refractive index、 extinction coefficient、surface roughness and packing density for the production of advanced coatings which are required in laser material processing and semiconductor lithography.

關鍵字(中)

★ 氟化鑭
★ 紫外光
★ 離子助鍍

關鍵字(英)

★ ion-beam assisted deposition
★ ultraviolet
★ LaF3

論文目次

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝辭 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 光源分類 3
1.3 文獻回顧 4
第二章原理 7
2.1 能帶間隙 7
2.2 離子鍵與金屬鍵、共價鍵之區別 10
2.3 能量損耗的原因 13
2.3.1 負離子缺位 13
2.3.2 雜質 15
2.3.3 次要鍵結 16
2.3.4 散射 18
2.4 氟化物的材料特性 19
2.5 氟化鑭(LaF3)材料特性 22
2.6 光學常數計算方法 25
第三章實驗架構與測量儀器 29
3.2 實驗架構 29
3.2.2 真空系統 29
3.2.3 熱電阻加熱蒸鍍系統 29
3.2.4 電子槍蒸鍍系統 30
3.2.5 離子輔助系統 33
3.2.6 監控系統 36
3.3 測量儀器 37
3.3.2 紫外光/可見光、近紅外光分光光譜儀 37
3.2.2 紅外光光譜儀 37
3.2.3 原子力顯微鏡 (AFM) 原理和架構 38
3.2.3.1 原子力顯微鏡原理 38
3.2.3.2 原子力顯微鏡架構 41
3.2.4 X光繞射儀 (XRD) 42
3.2.5 場發射掃瞄式電子顯微鏡原理 (SEM) 43
第四章實驗結果與討論 44
4.1 實驗參數 44
4.1.1 固定參數 44
4.1.2 調變參數 44
4.2 LaF3穿透率光譜圖之分析 45
4.3 LaF3折射率與消光係數之分析 53
4.4 堆積密度之分析 58
4.5 水氣吸收之分析 60
4.6 微觀結構之分析 62
4.7 表面粗糙度之分析 65
4.8 結晶狀態之分析 68
第五章結論 70
參考文獻 71
圖目錄
圖1-1 短波光源分類圖 3
圖2-1 一般光學薄膜材料之穿透率光譜圖 8
圖2-2 (a) 直接吸收過程 (b) 間接吸收過程 8
圖2-3分子內原子位能函數圖 10
圖2-4 兩個振子(oscillators)的座標關係 11
圖2-5 正離子缺位跟負離字缺位圖 14
圖2-6 兩偶極間凡得瓦鍵的極略圖 16
圖2-7 (a) 電對稱原子 (b) 感應電子偶極概略示意圖 17
圖2-8為氟化鑭與氟化鋰(LiF)吸收光譜圖 24
圖2-9套裝軟體Essential Macleod計算結果 27
圖2-10最小平方回歸法密合曲線結果 28
圖3-1 蒸發用電子槍工作原理 32
圖3-2 離子源系統架構圖 34
圖3-3 AFM 儀器圖 39
圖3-4 AFM探針的形狀 40
圖3-5原子力顯微鏡架構圖 41
圖3-6 X光繞射儀之架構 42
圖3-7 SEM 儀器圖 43
圖4-1 穿透濾光譜圖 (Ts=200℃,沒有加IAD) 45
圖4-2 穿透濾光譜圖(a) Ts=150℃, Beam Voltage=250V(b) Ts=150℃, Beam Voltage=300V(c) Ts=150℃, Beam Voltage=350V 46
圖4-3 穿透濾光譜圖(a) Ts=室溫, 沒有加IAD(b) Ts=150℃, 沒有加IAD 47
圖4-4 穿透濾光譜圖(a) Ts=室溫, Beam Voltage=300V(b) Ts=室溫, Beam Voltage=500V 48
圖4-5 穿透濾光譜圖(a) Ts=150℃, Beam Voltage=150V(b) Ts=150℃, Beam Voltage=200V(c) Ts=150℃, Beam Voltage=300V 49
圖4-6折射率(350nm)與離子束電壓關係圖 53
圖4-7折射率(193nm)與離子束電壓關係圖 54
圖4-8消光係數(193nm)與離子束電壓關係圖 54
圖4-9折射率與波長關係圖(Ts=150℃, Beam Voltage=200V) 55
圖4-10消光係數與波長關係圖(Ts=150℃, Beam Voltage=200V) 55
圖4-11堆積密度關係圖 58
圖4-12 水氣吸收分析圖（室溫） 60
圖4-13 水氣吸收分析圖（150℃） 61
圖4-14 SEM量測結果圖（放大倍率：70000） 62
圖4-15 SEM量測結果圖（放大倍率：110000） 63
圖4-16 表面粗操度與離子束電壓關係圖 65
圖4-17原子力顯微鏡測量立體圖(Ts=室溫) 66
圖4-18原子力顯微鏡測量立體圖(Ts=150℃) 67
圖4-19 XRD測量結果（150℃） 69
表目錄
表1.1 短波光源分類表 4
表1.2 基板溫度與微觀結構關係圖 6
表2.1 F與 Mg的特性比較 20
表2.2 氟化鑭 ( LaF3 )基本特性 23

參考文獻

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指導教授

李正中(Cheng-Chung Lee)

審核日期

2002-6-27

推文