我們華林科納報道了用于電荷耦合器件（CCD）探測器的涂層的開發(fā)，該探測器優(yōu)化用于固定色散紫外光譜儀。由于硅的折射率快速變化，單層寬帶抗反射（AR）涂層不適合在所有感興趣的波長下提高量子效率。相反，我們描述了一種創(chuàng)造性的解決方案，它在紫外線波長下提供了出色的性能。我們描述了在120至300nm波長下理論量子效率（QEs）大于60%的涂層CCD探測器的開發(fā)進展。這種高效率可以通過用一系列薄膜AR涂層涂覆背面照明的、減薄的、delta摻雜的CCD來實現(xiàn)。測試的材料包括MgF2（針對120–150 nm的最高性能進行了優(yōu)化）、SiO2（150–180 nm）、Al2O3（180–240 nm）、MgO（200–250 nm）和HfO2（240–300 nm）。測試了各種沉積技術，并將硅測試晶片上的反射率最小化的涂層應用于功能器件。華林科納還討論了未來的用途和改進，包括分級和多層涂層。

電荷耦合器件（CCD）于1969年在貝爾實驗室首次發(fā)明，并從此徹底改變了成像。CCD能夠快速有效地數(shù)字化數(shù)據(jù)，其相對較低的噪聲能力，以及100倍于膠片的靈敏度，這意味著它們很快成為現(xiàn)代天文學不可或缺的組成部分。對于紫外線天文學來說，CCD在歷史上并不成功。雖然薄膜對幾乎所有波長的光都很敏感，但未經修飾的CCD存在許多缺陷。CCD的前端電路在紫外線波長下是可吸收的。為了實現(xiàn)高效率，CCD采用背光；然而，硅襯底反過來又具有高反射性。更關鍵的是，紫外線光子在硅中的吸收深度很短。由此產生的電子-空穴對在表面發(fā)現(xiàn)陷阱，永遠不會到達柵極進行最終讀出。這些特性在開發(fā)高效的基于CCD的UV檢測器方面產生了問題。圍繞這些問題的一項值得注意的工作是用于哈勃太空望遠鏡（HST）上的寬視場行星相機2（WFPC2）。WFPC2使用厚的前照CCD，但將其涂覆在一層紫外線磷光體Lumogen中，通過將紫外線光子下變頻至510–580 nm光子，Lumogen在200至400 nm范圍內提供10%–15%的紫外線響應。HST上的當前相機WFC3也使用CCD（減薄并用帶電的背面照明背面）和用于近紫外線（NUV）的抗反射（AR）涂層，但具有幾個百分比的量子效率（QE）滯后。其他類型的紫外線探測器已經開發(fā)出來，并在當前的任務中使用，包括微通道板（MCP）（如JUNO、FUSE、GALEX、ALICE和FIREBall等）。雖然它們的光子計數(shù)能力使其有用，并且沒有紅色泄漏問題，但MCP仍然存在低QE【GALEX MCP在遠紫外線（FUV，1344–1786?）下為25%，在NUV（1771–2831?）上為8%】，生產和利用具有挑戰(zhàn)性。在這項工作中，我們研究了一種能夠克服上述困難的改進CCD。

我們華林科納選擇了MgF2、MgO、HfO2、Al2O3和SiO2作為合適的AR涂層進行測試。所選擇的材料反映了紫外線AR涂層的獨特要求，包括良好的折射率和在所需波段的低吸收。必須能夠以均勻的方式沉積薄膜，同時不會對CCD本身造成損壞。這消除了電子束蒸發(fā)（電介質涂層的常見選擇）這一潛在技術，因為它會對CCD造成x射線損傷。我們測試了濺射、原子層沉積（ALD）和熱蒸發(fā)技術的一致性，并測量了未涂覆Si襯底上薄膜的反射率。這是一種低成本、快速的功能器件測試替代方案。不利的一面是，測試僅限于該表面的反射率，這必然會忽略任何吸收損失。然后，我們將測量結果與理論模型進行比較。沉積技術及其對薄膜質量的影響將在即將發(fā)表的論文中進一步討論。

選擇了在保持50%以上的寬范圍的同時提供接近峰值透射的厚度。然后在測試期間使用與該厚度相對應的反射率作為目標。我們試圖制作一系列以這個目標為中心的薄膜厚度。通常，我們測試了幾層厚度在靶上方和下方5至10nm之間變化的薄膜。硅襯底有幾個已公布的折射率，這導致了預測反射率的一些不確定性。所有材料的折射率均取自Palik，但HfO2除外，HfO2來自Zukic等人。還查閱了Si的另一種折射率，取自Philipp和Taft。Philipp值在最短波長（低于150nm）處不同，并且預測比Palik值更低的反射率。

進行了進一步的測試以確保可靠性。采用與最佳貼合膜相同的沉積工藝，為每種材料制作兩到三層膜。這里測試了兩件事：沉積程序的可重復性和樣品之間性能的一致性。所有的沉積已被證明是非常可重復的（厚度從靶變化1nm），并且對于ALD沉積尤其可重復。反射率的值在相同材料的樣本之間也是一致的。

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審核編輯 黃宇