《氧化鉭薄膜雷射損傷的溫度效應及機理研究》是依託中國礦業大學，由許程擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氧化鉭薄膜雷射損傷的溫度效應及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：許程
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
該項目旨在製備高閾值Ta2O5薄膜，並研究其雷射損傷的溫度效應和揭示損傷機理。採用雙離子束濺射法，最佳化工藝沉積低缺陷本徵態Ta2O5薄膜，通過不同氣氛和溫度的二步法退火處理，並輔以雷射預處理提高損傷閾值。開展雷射損傷的溫度效應研究，設計和搭建高溫雷射損傷閾值測試平台，研究Ta2O5薄膜在323-623 K溫度區間內的損傷閾值，以及溫度變化對雷射損傷特性的影響，並探索高溫下材料與雷射耦合的新效應。採用實驗手段對Ta2O5薄膜內部的缺陷進行表征，以此為依據用第一性原理對不同特性的缺陷作統一性描述，進行缺陷的建模和性質計算，嘗試實驗與理論相結合的全新方法揭示Ta2O5薄膜在不同溫度下的損傷機理。項目中研究的高閾值Ta2O5薄膜可用於現有高功率雷射系統中，在高溫環境、太空領域和下一代光刻技術中亦具有良好的套用前景。
結題摘要
該項目研製了具有高雷射損傷閾值的氧化鉭薄膜，對其內部不同類型的缺陷進行了建模，並搭建高溫雷射損傷閾值測試平台研究了不同溫度下薄膜的損傷特性。採用雙離子束濺射法沉積薄膜，分別用氧氣中退火、雷射預處理和氧氣中退火與雷射預處理相結合的方法對薄膜進行後處理，製備的高損傷閾值薄膜達到了預期目標。利用基於量子力學的第一性原理，計算了晶態氧化鉭、空位缺陷、Fe間隙摻雜缺陷、Fe替位摻雜缺陷及晶界缺陷的電子結構，分析了能帶結構、軌道電荷占據數和差分電子密度，並嘗試理論模擬與實驗表征的初步結合。設計並搭建了高溫雷射損傷閾值測試平台，研究了氧化鉭薄膜在不同溫度下的雷射損傷閾值和損傷形貌。當溫度從室溫僅僅增加至383 K，薄膜閾值大幅降低14%，而隨著溫度繼續升高閾值降幅變緩。此外，不同溫度下薄膜的損傷形貌也存在較大的差異性。理論計算表明，劇烈增加的缺陷最高溫度和高溫持續時間的延長是導致該差異的主要原因。研究同時揭示，隨溫度升高熱應力損傷機理逐漸向熱主導損傷機理轉變。
