原子層堆積法によるナノスケール制御光学薄膜の研究

原子层沉积法纳米级可控光学薄膜研究

基本信息

批准号：
01J00728
负责人：
財津慎一
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J00728/
关键词：
原子層堆積法光学薄膜酸化物レーザー損傷慣性核融合

项目摘要

本研究はナノメートルの精度で大面積にわたって超精密酸化物堆積が可能である薄膜形成法を用いて、核融合レーザーシステム用高性能光学薄膜の形成とその独自の特徴を生かした新規応用実現を目的として行った。以下に本年度得られた研究実績の概要を示す。1.原子層堆積法においては堆積物が結晶化しやすいという特徴のために、光学薄膜材料の結晶化に起因するレーザー損傷耐力の低下が問題となっていた。これを解消するために導入した独自のアイデアである結晶粒の成長を抑制するナノレイヤー周期的挿入によって、400℃の高温成膜時にける光学特性の飛躍的向上を達成した。このナノレイヤー挿入によって表面荒さが飛躍的に改善し、それに起因して生じていた散乱による光学ロスを波長400nmにおいて17%以上から1%以下へと減少させた。さらに、レーザー損傷耐力はTiO_2のみの場合(0.8J/cm^2)から約3倍(2.5J/cm^2)の向上を見せた。2.短波長で使用可能な低屈折率光学材料であるSiO_2薄膜の成膜において、新しい表面化学反応触媒〓してNH_3を導入し、SiCl_4とH_2O反応の触媒アシストによるSiO_2薄膜の室温堆積に成功した。成膜過程において生成させる塩(NH_4Cl)の抑制が本成膜過程において極めて重要であることを明らかにし、また、その生成塩の抑制は排気時間の増加によって達成されることを示した。3.複雑な3次元構造に対してもナノレベルでの堆積が可能である本成膜法の特性を生かして、核融合燃料用球ペレットへの超均一酸化物薄膜の形成を実現した。ポリスチレン製(直径600μm)の球ペレットに対して、厚さ0.5μmのTiO_2膜が均質な組成で形成できることを示した。また、干渉顕微鏡によって球表面全体に一様な成膜が達成されていることを確認した。

这项研究采用了一种薄膜形成方法，可以在大面积上以纳米精度进行超精密氧化物沉积，从而形成用于聚变激光系统的高性能光学薄膜，并实现利用其独特特性的新应用。目的。以下是今年取得的研究成果的概述。 1.由于原子层沉积中沉积物容易结晶，因此光学薄膜材料的结晶导致耐激光损伤性下降一直是个问题。为了解决这个问题，我们引入了周期性插入纳米层来抑制晶粒生长的独特思路，并在400℃高温成膜过程中实现了光学性能的显着改善。通过插入这种纳米层，表面粗糙度得到显着改善，并且在 400 nm 波长处，由于散射而产生的光学损耗从超过 17% 减少到小于 1%。此外，与仅使用TiO_2的情况（0.8J/cm^2）相比，抗激光损伤能力提高了约3倍（2.5J/cm^2）。 2、在短波长低折射率光学材料SiO_2薄膜的沉积中，我们引入NH_3作为新型表面化学反应催化剂，通过催化辅助成功实现了SiO_2薄膜的室温沉积。 SiCl_4和H_2O之间发生反应。结果表明，在该成膜过程中，抑制成膜过程中产生的盐(NH_4Cl)极其重要，并且还表明可以通过增加排气时间来抑制产生的盐。 3.利用这种成膜方法即使在复杂的三维结构上也可以进行纳米级沉积的特点，我们实现了在聚变燃料球形颗粒上形成超均匀氧化物薄膜。结果表明，在聚苯乙烯球形颗粒（直径600 μm）上可以形成厚度为0.5 μm且成分均匀的TiO_2薄膜。此外，使用干涉显微镜确认了在整个球面上实现了均匀的膜形成。