ECRCVD設(shè)備鍍膜工藝及膜系設(shè)計理論

1、ECRCVDECRCVD設(shè)備鍍膜工藝設(shè)備鍍膜工藝及膜系設(shè)計理論講座及膜系設(shè)計理論講座制作：李雪冬1.ECRCVD設(shè)備的基本原理設(shè)備的基本原理2.膜系設(shè)計基本理論膜系設(shè)計基本理論3.650nm LD中應(yīng)用到的典型中應(yīng)用到的典型/4/4膜系膜系4.設(shè)計好的膜系在設(shè)計好的膜系在ECRCV設(shè)備上如何實設(shè)備上如何實現(xiàn)現(xiàn)1 ECRCVD設(shè)備的基本原理設(shè)備的基本原理1.2 英文翻譯 ： Electron Ceclotron Resonance Chemical Vapor Deposition 電子回旋共振化學(xué)氣相沉積1.3 設(shè)備基本原理：微波激勵、磁場限制氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體，在淀積室中反應(yīng)并沉積形成

2、介質(zhì)膜。微波激勵氣體輝光放電，磁場可以增加離子行程，增加等離子體密度，并在一定程度上限制離子。離子在淀積室中反應(yīng)，沉積在襯底上形成薄膜。1.1 工藝目的：在半導(dǎo)體激光器的前后腔面鍍光學(xué)介質(zhì)膜用 以形成諧振腔。1.4 設(shè)備示意圖（未反映水電氣系統(tǒng)）。其它混合氣波導(dǎo)硅烷機械控制磁場微波源機械泵真空計4分子泵側(cè)閥增壓泵氣控箱擴散泵手動閥淀積室真空計3工作氣機械泵冷阱觀察窗手動閥機械手預(yù)真空室裝料門主機儀表主閥襯底1.5 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（未反映水電氣系統(tǒng)）。1.6 重點概念n分子的平均自由程：分子在連續(xù)兩次碰撞之間所走過的平均 路程。n等離子體：氣體放電過程中分子、離子、電子混合存在,形 成相對穩(wěn)定的狀態(tài)

3、，稱為等離子體。n氣體輝光放電：氣體直流放電特性，特點是輝光放電時放電 管管壓降、電流穩(wěn)定，氣體呈現(xiàn)輝光。 n化學(xué)氣相沉積：在等離子狀態(tài)下，一些離子在真空室中發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，形成固體沉積下來，稱為化學(xué)氣相沉積。p2d2T2.1 光在自由空間傳播的基本概念和公式:n 橫波：波的振動方向與傳播方向垂直。n 光的偏振： 光的振動方向與傳播方向的不對稱性叫光的偏振。n 光的正弦波表示： n 自由空間的光程： = nd n 光的干涉：兩束相干光在迭加區(qū)域內(nèi)，某些區(qū)域光強減小，某些區(qū)域光強增大的現(xiàn)象。本質(zhì)上是波的迭加。單色光在空間某點能否形成干涉要看能否形成固定相位差。 2 膜系設(shè)計基本理論膜系設(shè)計基本理

4、論)02(ndtACosE2.2 光在兩種均勻介質(zhì)界面的傳播的基本概念和公式：n 入射面：入射光線與入射點處界面法線所構(gòu)成的平面n 入射角：入射光線與入射點處界面法線所構(gòu)成的夾角n 折射定律: n0 sin0= n1 sin1n S光、P光：偏振光在入射界面按振動分量分解成S光、P光。S光的振動方向垂直與入射面，P光的振動方向平行與入射面，界面對S光和P光有不同的反射率。 0n1n01RT2.3 光在分層均勻介質(zhì)薄膜的傳播的基本概念和公式: (建立光在薄膜中傳播的麥克斯韋方程組，根據(jù)邊界條件求解，得到干涉矩陣)n 折射定律：n 光在薄膜中傳播的光程差： n 薄膜的光學(xué)厚度： n 薄膜的相位厚度

5、：11121Cosdn1121dn11121Cosdn011n0n1d1k1k1100Sinn.SinnSinnn 艾塔參量 S光 ， P光n 干涉矩陣（特征矩陣）：n 組合導(dǎo)納：n 反射率： 0是入射介質(zhì) 11iiiiiii1/kkCosSinjjSinCosCB*Y0Y0Y0Y0ps,RBCY iiiCosnsiii/Cosnp1n0nkn1kn01kn 正入射：入射角為0，即0 =0。n 反射率極值：正入射情況下，在薄膜的光學(xué)厚度 n1d1為 /4的整數(shù)倍時，反射率R取極值。 （菲涅爾振幅系數(shù)公式） n 無影響膜層：在正入射下，薄膜的光學(xué)厚度 n1d1為 /2的整數(shù)倍時，特征矩陣為單位矩

6、陣，對膜系沒有影響。 2.4 單層膜正入射的反射率極值（菲涅爾振幅系數(shù)公式）0210pspRR siipisn2i200p2021221nRRnnnnnsn1n1n1d2n2.5 周期性/4膜系的基本概念和公式n 周期性/4膜系：膜系結(jié)構(gòu)周期性重復(fù)，各層膜的光學(xué)厚度均為/4，又稱規(guī)則膜系。n 圖例n 正入射下：22N211k02N211k0pnnnnnnRRnns1d2d1n2n2n1n1n2nN0n12Nn1d2d1d2d3 650nm LD中應(yīng)用到的典型中應(yīng)用到的典型/4/4膜系膜系3.1 重點概念n 增透膜：設(shè)計膜系的反射率低于不鍍膜時的反射率,稱為增透膜或減反膜。n 高反膜：設(shè)計膜系的

7、反射率高于不鍍膜時的反射率,稱為高反膜。3.2 基本膜系設(shè)計參數(shù)選取n 波長=650nmn 因為激光器內(nèi)發(fā)散角小于10，可近似為正入射。n 入射介質(zhì)近似為GaAs，出射介質(zhì)為空氣 。 n0=3.52 nk+1=n2N+1=1 n 膜層介質(zhì)為Si02、SiNx 。 n1=1.461.52 n2=1.82.8 3.3 典型規(guī)則膜系：3.3.1 R=95%n 膜系結(jié)構(gòu)： GaAs|(Si02|SiNx)4|Airn R=3.3.2 R=85%n 膜系結(jié)構(gòu)： GaAs|(Si02|SiNx)3|Airn R=%962.31.552. 32.31.552. 3288%5 .872.31.552. 32.

8、31.552. 32663.3.3 R=30%n 膜系結(jié)構(gòu)： GaAs|Si02|Si02|Airn R=3.3.2 R=5%n 膜系結(jié)構(gòu)： GaAs|Si02|Airn R=%1 .311.51.552. 31.51.552. 3222%8 . 411.552. 311.552. 32223.3.4 R=0%n 膜系結(jié)構(gòu)： GaAs|SiNx|Si02|Airn R=n n1= %01.4n52. 31.4n52. 3221216 . 252. 34 . 14.1 工藝基本過程： 放入工藝氣體 微波啟動，計時 計時結(jié)束，微波停止 4.2 反應(yīng)方程式:n SiO2n SiNx 4.3 折射率和膜厚控制n 折射率控制：改變工藝參數(shù)，如微波功率、反應(yīng)氣體流量等n 膜厚控制： 控制工藝條件和