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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:藍煜欽
研究生(外文):Yu-Chin Lan
論文名稱:電漿源輔助射頻濺鍍製鍍二氧化矽和五氧化二鈮多層膜
論文名稱(外文):Optical Multi-layers of Dilicon Dioxide and Niobium Pentoxide Deposited by Plasma-Assisted RF Sputtering Deposition
指導教授:徐進成
指導教授(外文):Jin-Cherng Hsu
口試委員:劉宗平王志良
口試委員(外文):Chung-Ping LiuJyh-Liang Wang
口試日期:2015-12-09
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:物理學系碩士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:二氧化矽五氧化二鈮
外文關鍵詞:silicon dioxideniobium pentoxide
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在此研究中利用RF濺鍍系統並加入電漿輔助方式,鍍製二氧化矽和五氧化二鈮光學薄膜,並且利用這兩種材料設計出多層膜。一般來說,二氧化矽在多層膜應用上屬於低折射率材料,五氧化二鈮是高折射率材料。本實驗期望能鍍製膜質緻密,以及低吸收二氧化矽和五氧化二鈮光學薄膜[1]。本實驗與以往不同的部分,在於助鍍方式,使用自製電漿源取代以往使用的end-Hall型離子源。此電漿源的優點是沒有鎢絲加熱所產生的過熱問題,而此電漿源使用的高電壓方式使氣體解離。除了可以有效地降低溫度之外,也可以減少鎢絲斷裂及鎢絲汙染薄膜等問題。
鍍製樣品將使用橢圓偏振儀、光譜儀進行薄膜特性量測,分析其折射率及吸收,找出適合用於鍍製二氧化矽和五氧化二鈮光學薄膜的參數。結果發現在氧氣分壓比為70%、離子電流為1.2 mA時,二氧化矽薄膜有緻密的膜質以及最低的吸收值。在氧氣分壓比為60%、離子電流為1.5 mA時,五氧化二鈮薄膜有緻密的膜質以及最低的吸收值,證實加入電漿助鍍可以有效的提高膜質。利用這兩組參數,鍍製出在波長在400 nm以下高反射,並且在波長400 nm到1000 nm高穿透的薄膜。

In this study, optical films of silicon dioxide and niobium pentoxide were coated by using an RF sputtering system aided with a plasma source. Dioxide need in multilayer optical applications usually is a low refractive index material, and; niobium pentoxide is a high refractive index material. In this study, we expected that the silicon dioxide and niobium pentoxide films have a good stable refractive index and low optical absorption to develop the useful optical filters.
We use home-made plasma source system to replace end-Hall ion source used in our previous study. The advantages of this plasma source are no overheating, and less contamination from the filament of Wolfram assembled in the end-Hall source. There is no issue of burning of filament during the deposition. This plasma source is derived by using a high DC voltage to dissociate the reactive gas in the source, such as oxygen. The substrate temperature significantly reduces in the deposition process, when compared with that in ion assisted deposition by end-Hall source.
The optical properties of the samples are illustrated by ellipsometry and spectroscopy measurements to, analyze their refractive index and extinction coefficients and to identify the suitable parameters for coating optical thin films of silicon dioxide and niobium pentoxide.
The results show that the silicon dioxide film has the best refractive index and the lowest optical absorption when deposited at the oxygen partial pressure of 70% with the ion current 1.2 mA. Moreover, the niobium pentoxide film at the oxygen partial pressure of 60% with the ion current 1.5 mA. In this study, we confirmed the plasma in the sputtering process can effectively increase the film optical quality.
Keywords: silicon dioxide, niobium pentoxide, optical thin film, ellipsometry, spectroscopy

中文摘要…………………………………………………………………...... ii
英文摘要......................................................................................................... iii
致謝.................................................................................................................. v
目錄.................................................................................................................. v
圖錄.................................................................................................................. v
表錄.................................................................................................................. v
第一章緒論...................................................................................................... 1
1.1 研究背景………………………………………………………………..1
1.2 研究目的………………………………………………………………..3
第二章 基本理論.................................................. ..........................................4
2.1 材料特性..................................................................................................4
2.2 射頻濺鍍(RF sputtering)之特性.............................................................6
2.3 end-Hall型離子源原理............................................................................8
2.4 改良型電漿源助鍍系統………………………………………….…….9
2.5 橢圓偏振儀量測原理............................................................................10
2.6 薄膜沉積理論........................................................................................13
2.7 光學薄膜的基本要求............................................................................15
2.8 膜層與基板都不具吸收性....................................................................16
2.9 多層膜的原理………………………………………………………....19
第三章 實驗架構...........................................................................................21
3.1實驗流程..................................................................................................21
3.2實驗方式..................................................................................................22
3.2.1實驗前準備.........................................................................................22
3.2.2鍍膜方式.............................................................................................22 3.3量測儀器.................................................................................................24
3.3.1 石英監控.........................................................................................24
3.3.2 Cary 5E 光譜儀...............................................................................26
第四章 結果與討論.......................................................................................27
4.1在不同氧分壓下鍍製二氧化矽薄膜……..............................................27
4.2 在不同離子助鍍二氧化鈦薄膜............................................................32
4.3在不同氧分壓下鍍製五氧化二鈮薄膜..................................................34
4.4 有離子助鍍五氧化二鈮薄膜................................................................38
4.5多層膜的鍍製結果與設計......................................................................40
第五章 結論...................................................................................................43

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