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超强激光科学卓越创新简报

(第七百零八期)

2025年9月18日

上海光机所在基底偏压调控倾斜沉积多层膜反射率方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部在基底偏压调控倾斜沉积Mo/Si/C多层膜性能方面取得新进展，相关成果以“Enhancing reflectivity of Mo/Si/C multilayers deposited on inclined substrates by substrate bias voltage”为题发表于Applied Surface Science。

Mo/Si多层膜在13.5 nm具有优异的反射性能，被广泛应用于关键光学元件的制备，其反射率直接决定了系统的输出效率。然而，实际沉积的多层膜反射率往往低于理论值，且在曲面镜边缘的倾斜区域表现更为不理想。这主要归因于倾斜基底对多层膜膜层平整度的影响：原子倾斜沉积导致的阴影效应和有限的原子迁移率导致膜层中形成倾斜柱状结构。本研究团队采用磁控溅射技术在倾斜基底上沉积Substrate|Si/(C/Mo/Si)30|Air多层膜，评估不同偏压下多层膜的生长形貌、表面和界面粗糙度以及反射率。结果表明，偏压不仅能调控离子轰击能量促进原子堆积，还能改善膜层粗糙度，减少波纹结构的形成。然而过高的偏压会诱发额外的界面扩散现象，进而对反射率产生负面影响。

研究团队通过优化基底偏压，实现了粗糙度抑制与界面扩散的平衡。实验中，基底负偏压不仅改变了离子轰击能量，促进了原子在沉积过程中更加致密均匀的堆积，还减少了波纹结构的形成，从而有效改善了多层膜微观结构和光学性能。在39°倾斜基底上制备的60周期Mo/Si/C多层膜最终实现了67.2%的反射率。这一成果不仅提供了调控倾斜沉积多层膜结构的有效策略，也为曲面光学元件的高性能制备提供了重要技术参考，为进一步提升多层膜性能奠定了坚实基础。

相关研究得到了中国科学院战略性先导科技专项和中国科学院青年科学家基础研究项目的支持。

原文链接

图1：（a）Mo/Si/C多层膜结构示意图；（b）在39°倾斜基底上生长的Mo/Si/C多层膜结构示意图。左：无基底负偏压；右：-100 V基底负偏压；（c）：不同基底偏压下样品的表面粗糙度测试结果。

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