基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法技术

本发明专利技术涉及薄膜技术。本发明专利技术解决了目前光学薄膜的抗激光损伤能力对比时，对比结果不完全准确、且费时费力的问题，提供了一种基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，其技术方案可概括为：针对欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜，分别在硅基底上模拟镀制对应的相同厚度的薄膜，然后分别制作金属电极构成MOS电容结构，再为各MOS结构输入电压，确定输入电压对应的电场强度，测定各MOS结构在同一电场强度下的漏电电流，获得对应的漏电电流密度，对比在相同电场强度下漏电电流密度的大小，其中漏电电流密度较小的薄膜，所对应的抗激光损伤能力较强。本发明专利技术的有益效果是：简单实用，适用于对比薄膜抗激光损伤能力。

【技术实现步骤摘要】
基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法
本专利技术涉及薄膜技术，特别涉及激光诱导薄膜损伤的技术。
技术介绍
高能激光系统对光学元件的抗激光能力要求越来越高，而对于光学元件而言，其表面薄膜是最容易发生激光损伤的部分，可以说明薄膜的抗激光损伤能力关系到整个光学系统的负载能力。随着高能量/功率激光系统需求越来越高，对高阈值薄膜的需求越来越大，相应的要求越来越高。为了提高薄膜的抗激光损伤能力，国内外学者都进行了大量的实验和理论研究。对激光诱导薄膜损伤的研究，主要是基于损伤机理的研究来寻求提高激光损伤阈值的途径。对激光诱导损伤根源的分析主要是基于激光辐照下，薄膜的发生的损伤形貌进行分析，大致建立了很多物理模型进行分析，比较典型的如薄膜杂质诱导损伤、薄膜内部缺陷诱导损伤、场致电离等，总体来讲，可以分为热力学损伤和非线性电离(多光子电离/隧道电离、雪崩电离)两大类，分别与薄膜的内部缺陷密度以及带隙息息相关。当前对比薄膜抗激光损伤能力，还主要是采用直接激光直接辐照的方式，也就是通过激光对薄膜直接进行辐照，再对损伤形貌进行观测，并通过改变激光脉冲参量，得到光学薄膜的损伤阈值。这种对薄膜抗激光损伤能力的分析方法，必须进行详细的损伤形貌和规律进行深入仔细的观测，再结合激光辐照下薄膜的相变规律、电离规律等进行详细的分析，才能判断薄膜损伤的机制。实际上，在激光烧蚀过程中，往往是多种损伤效应往往同时发生作用，且相互影响，所以有时并不能得到准确的结果。而薄膜抗激光损伤能力判断不准确，就会影响后续改进损伤阈值工作的方向性。国际上比较常用的激光损伤阈值测试标准是ISO11254，又可以详细分为ISO1125421和ISO1125422，前者是“单次辐照测试”，即“1对1测试”，后者则是“多次辐照测试”，即“S对1测试，S大于等于2”，也就是重复脉冲作用。我们国家则主要有三类：1)国军标《激光光学元件测试方法》(GJB148721992)；2)国家标准《光学表面激光损伤阈值的测试方法第1部分：1对1测试》(GB/T1660121996)，该标准等效于ISO11254；3)各单位自定的“企业标准”。这种测试方式对测试体系的误差要求很高，要综合考虑激光脉冲波动误差、光斑面积的测试误差、薄膜损伤判断误差等，以及后续对损伤几率的数据拟合误差等，这些误差综合起来可达20％多，所以严重影响了对比薄膜抗激光损伤能力的判断。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决目前光学薄膜的抗激光损伤能力对比时，对比结果不完全准确、且费时费力的问题，提供了一种基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法。本专利技术解决其技术问题，采用的技术方案是，基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、针对欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜，在保持相同镀膜条件下，分别在相同类型的硅基底上镀制薄膜，且确保硅基底上的薄膜与光学元件表面的薄膜一一对应，且特性一致；步骤2、分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS(Metal-Oxide-Silicon)电容结构；步骤3、为各MOS结构输入电压，根据各MOS结构中薄膜的厚度确定输入电压对应的电场强度，测定各MOS结构在同一电场强度下的漏电电流；步骤4、根据各MOS结构中的薄膜面积获得对应的漏电电流密度；步骤5、对比在相同电场强度下漏电电流密度的大小，其中漏电电流密度较小的薄膜，所对应的抗激光损伤能力较强。具体的，步骤1中，所述欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜是指：处于光学元件表面的采用不同镀膜条件镀制的相同种类薄膜或处于光学元件表面的不同种类薄膜。进一步的，步骤1中，所述相同类型的硅基底中，相同类型是指N掺杂的硅基底或P掺杂的硅基底。具体的，步骤2中，所述分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS电容结构的方法为：分别在硅基底薄膜上溅射镀制金属电极，构成MOS电容结构。进一步的，步骤3可替换为：测定各MOS结构在不同电压下，漏电电流的变化规律，根据各MOS结构中薄膜的厚度确定输入电压对应的电场强度。具体的，所述根据各MOS结构中薄膜的厚度确定输入电压对应的电场强度中，其计算公式为：其中，E为电场强度，U为电压值，d为薄膜的厚度。再进一步的，步骤4中，所述根据各MOS结构中薄膜的厚度及其相应的电压计算出各薄膜对应的电场强度，以及根据各薄膜面积获得对应的漏电电流密度中，其计算公式为：其中，J为漏电电流密度，I为与电场强度对应时的漏电电流，S为薄膜面积。本专利技术的有益效果是，在本专利技术方案中，通过上述基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，可以准确判定哪种薄膜的抗激光损伤能力较强，且简单实用，不需要直接使用激光辐照。附图说明图1为本专利技术实施例中样品1及样品2的漏电电流密度对比示意图；图2为本专利技术实施例中样品1及样品2的抗激光损伤能力对比示意图。具体实施方式下面结合实施例，详细描述本专利技术的技术方案。本专利技术所述基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，首先针对欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜，在保持相同镀膜条件下，分别在相同类型的硅基底上镀制薄膜，且确保硅基底上的薄膜与光学元件表面的薄膜一一对应，且特性一致，然后分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS电容结构，再为各MOS结构输入电压，根据各MOS结构中薄膜的厚度确定输入电压对应的电场强度，测定各MOS结构在同一电场强度下的漏电电流，然后根据各MOS结构中的薄膜面积获得对应的漏电电流密度，最后对比在相同电场强度下漏电电流密度的大小，其中漏电电流密度较小的薄膜，所对应的抗激光损伤能力较强。实施例影响激光诱导薄膜损伤阈值的根源包括两个方面：热效应以及非线性电离。热效应是指薄膜内部缺陷对激光的直接吸收，当吸收的能量超过薄膜所能承受的阈值时，薄膜将会发生损伤，这与薄膜的内部缺陷有关。而非线性电离则是薄膜固有的性质，与薄膜的带隙有关。其次，从电学特性来看，当薄膜的带隙较大时，表明薄膜的内部结构完整，化学元素的配比更加理想，这就使得薄膜在相同的电场强度作用下，具有更小的漏电电流。根据上述理论，可对比击穿电场强度来判断薄膜的抗激光损伤能力能力的高低。因此，本申请实施例中的基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，包括以下步骤：步骤1、针对欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜，在保持相同镀膜条件下，分别在相同类型的硅基底上镀制薄膜，且确保硅基底上的薄膜与光学元件表面的薄膜一一对应，且特性一致。本步骤中，欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜是指：处于光学元件表面的采用不同镀膜条件镀制的相同种类薄膜或处于光学元件表面的不同种类薄膜，即只要欲对比的光学元件表面的至少两个薄膜不是采用相同镀膜条件镀制的相同类型薄膜即可。而相同类型的硅基底中，相同类型是指N掺杂的硅基底或P掺杂的硅基底，其目的就是保证除了位于硅基底上的薄膜不同，其余条件完全相同，避免在对比时引入其他不确定性因素。步骤2、分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS(Metal-Oxide-Silicon)电容结构。本步骤中，分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS电容结构的方法可以为：分别在硅基底薄膜上溅射镀制金属电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、针对欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜，在保持相同镀膜条件下，分别在相同类型的硅基底上镀制薄膜，且确保硅基底上的薄膜与光学元件表面的薄膜一一对应，且特性一致；步骤2、分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS电容结构；步骤3、为各MOS结构输入电压，根据各MOS结构中薄膜的厚度确定输入电压对应的电场强度，测定各MOS结构在同一电场强度下的漏电电流；步骤4、根据各MOS结构中的薄膜面积获得对应的漏电电流密度；步骤5、对比在相同电场强度下漏电电流密度的大小，其中漏电电流密度较小的薄膜，所对应的抗激光损伤能力较强。

【技术特征摘要】
1.基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、针对欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜，在保持相同镀膜条件下，分别在相同类型的硅基底上镀制薄膜，且确保硅基底上的薄膜与光学元件表面的薄膜一一对应，且特性一致；步骤2、分别在硅基底的薄膜上制作金属电极，各自构成MOS电容结构；步骤3、为各MOS结构输入电压，根据各MOS结构中薄膜的厚度确定输入电压对应的电场强度，测定各MOS结构在同一电场强度下的漏电电流；步骤4、根据各MOS结构中的薄膜面积获得对应的漏电电流密度；步骤5、对比在相同电场强度下漏电电流密度的大小，其中漏电电流密度较小的薄膜，所对应的抗激光损伤能力较强。2.如权利要求1所述的基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，其特征在于，步骤1中，所述欲对比的处于光学元件表面的至少两个薄膜是指：处于光学元件表面的采用不同镀膜条件镀制的相同种类薄膜或处于光学元件表面的不同种类薄膜。3.如权利要求1所述的基于电介质薄膜电场强度特性的抗激光损伤能力对比方法，其特征在于，步骤1中，所述相同类型的硅基底中，相同类型是指N掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：范卫星，韩敬华，金玲，杜其芬，周荣铿，
申请(专利权)人：东莞隆润光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44