Teknologi ion beam sputtering (IBS) telah sangat memajukan optik laser UV selama 25 tahun terakhir karena kemampuannya dalam menyimpan film optik berkualitas tinggi untuk aplikasi laser ultraviolet (UV) (lihat Gambar 1). Optik berkualitas tinggi memanipulasi dan mengarahkan sinar laser dan sangat penting untuk kinerja dan masa pakai laser. Biomedis, pemrosesan semikonduktor, permesinan mikro, dan aplikasi laser UV lainnya terus berkembang berkat teknologi IBS.
Meskipun film optik UV menghadapi banyak tantangan, kemajuan teknologi IBS telah memungkinkan penyimpanan film optik UV berkualitas tinggi.
Memenuhi Tantangan Optik Laser UV
Tantangan yang dihadapi oleh optik laser UV ada dua: peningkatan penyerapan, yang mengurangi kekuatan laser, dan peningkatan hamburan, yang mengurangi intensitas laser. Film optik dapat rusak lebih lanjut jika tegangan film, stoikiometri, atau kepadatan film tidak dioptimalkan. Pelapisan adalah mata rantai terlemah, dan pelapisan optik akan dioptimalkan jika perbaikan dilakukan pada langkah-langkah pemrosesan utama seperti desain pelapisan optik, pembersihan substrat, pengendapan, dan pemrosesan pasca pengendapan.
Penelitian kami berfokus pada berbagai aspek produksi lapisan optik, termasuk pemilihan target, tekanan oksigen, energi sputtering, dan waktu anil, dengan tujuan meningkatkan kualitas lapisan optik untuk sistem IBS (lihat Gambar 2) [1]. Pengaruh kondisi proses yang berbeda dan anil pasca pengendapan pada film tipis optik HfO2 dan SiO2 telah diselidiki dalam beberapa tahun terakhir. Parameter yang dianalisis meliputi:
-Pengaruh target sputtering logam dan dielektrik pada sifat UV;
-Pengaruh tekanan parsial oksigen (O2) pada stoikiometri dan sifat film;
-Pengaruh sumber bantuan ion dan energi sinar pada sifat film dan deposisi;
-Pengaruh anil pada stoikiometri, stres dan sifat film.
Proyek di Veeco ini berfokus pada pelapisan optik pada laser Nd:YAG. Film oksida dapat tergagap dari target oksida atau logam. [2] Target logam memiliki penyerapan lebih rendah tetapi tingkat sputtering lebih tinggi. Tingkat sputtering yang lebih tinggi akan meningkatkan efisiensi pelapisan selama parameter film lainnya terpenuhi. Saat mendepositkan film tipis HfO2, tekanan parsial O2 merupakan parameter proses yang penting, dan jika tekanan parsial O2 tidak memenuhi persyaratan, film tersebut rentan terhadap cacat struktural. Secara khusus, kekurangan oksigen menghasilkan keadaan elektronik sub-bandgap yang menyebabkan kerusakan laser pada komponen optik. Film HfO2 yang tidak seimbang dengan kandungan oksigen rendah memiliki daya serap tinggi dan buram, serta tidak dapat memenuhi persyaratan optik laser UV.
Energi berkas ion dan anil
Energi berkas ion adalah elemen proses penting lainnya. Saat melapisi film SiO2, menurunkan energi berkas ion akan mengurangi penyerapan film SiO2, sehingga meningkatkan kinerja sistem laser. Namun, hal ini memerlukan biaya. Meskipun menurunkan energi berkas ion akan meningkatkan kualitas film, hal ini juga mengurangi laju deposisi, yang memengaruhi produktivitas. Dalam proses SiO2, penggunaan berkas tambahan membantu meningkatkan laju transfer.
Untuk film HfO2, ketahanan terhadap kerusakan laser menurun seiring dengan meningkatnya energi sinar tambahan. Jelasnya, optimalisasi energi sputtering memainkan peran penting dalam kualitas film.
Annealing juga memainkan peran penting dalam kualitas film, karena ini merupakan langkah penting untuk mendapatkan kerugian terendah dan ketahanan tertinggi terhadap kerusakan laser. Selama proses sputtering, film yang diendapkan mengalami tekanan tekan dan cacat akibat pengendapan energi tinggi. Annealing membantu melepaskan ketegangan dan menghilangkan ikatan menjuntai yang tercipta selama proses sputtering.
Proses anil juga sedikit mengubah rasio stoikiometri film. Idealnya, anil harus mengurangi tekanan film dan menghasilkan sifat optik yang optimal. Penelitian Veeco menunjukkan bahwa anil dapat meningkatkan sifat film yang diendapkan, namun anil yang terlalu lama atau pada suhu yang terlalu tinggi juga dapat merugikan. Ketika kondisi anil tidak tepat, kekasaran antarmuka meningkat dan film dapat mengkristal. Jumlah lapisan dan komposisi film optik dapat bervariasi untuk aplikasi laser UV yang berbeda, sehingga waktu anil harus dioptimalkan untuk setiap lapisan.
