Durability of optical ALD metal-oxide thin films

Thumbnail Image

Files

master_Saloranta_Oscar_2026.pdf (9.42 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-12-03

Department

Major/Subject

Photonics and Nanotechnology

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Electronics and Nanotechnology
Elektroniikan ja nanoteknologian maisteriohjelma
Magisterprogrammet i elektronik och nanoteknologi

Language

en

Pages

38

Series

Abstract

Atomic layer deposition (ALD) is among the most precise and controllable thin film deposition processes, with uses from semiconductor manufacturing to optics. Thin film optics allows new types of optical elements to be manufactured, perhaps the most important being single- and multilayer optical filters. These may be deployed in almost any environment, and the thin film stack must endure a multitude of different environmental conditions. This work examines how these optical filters resist environmental and mechanical stress in terms of optical performance and structural decay. A computational model for extracting film thickness and refractive index from reflectance and/or transmission data is presented, as well as a model for the complex refractive index. Three different coating materials produced with both thermal and spatial ALD are subjected to a standardised test suite. Pre- and post-test measurements are then compared to determine differences in durability between the two production processes. The variation in measured sample thickness before and after testing is mostly less than 1 %, and in sample refractive index less than 0.5 % before and after testing; with most of the variations attributable to the measurement device.

Atomlagersepitaxi (atomic layer deposition, ALD) är bland de mest exakta och kontrollerbara metoderna för att producera tunnfilmer. Metoden används i bl.a. halvledartillverkning och optik. Tunnfilmsoptik möjliggör nya typer av optiska element, varav de viktigaste kanske är optiska filter. De kan användas i nästan vilken omgivning som helst, och måste således tåla en stor mängd olika förhållanden. Detta arbete studerar hur dessa optiska filter uthärdar olika miljöförhållanden och mekanisk belastning, med fokus på optiska egenskaper och strukturellt förfall. En metod för att beräkna filmens brytningsindex och tjocklek givet reflektans och/eller transmittans, samt en modell för det komplexa brytningsindexat presenteras. Tre olika beläggningar producerade med både termisk och spatial ALD utsätts för en standardiserad uppsättning tester. Mätresultat före och efter testerna jämförs sedan för att bestämma skillnader mellan de två produktionsprocesserna när det gäller beläggningarnas hållbarhet. Variationen i uppmätt tjocklek före och efter testning är för det mesta under 1 % och i brytningsindexet under 0.5 % före och efter testning. En stor del av variationerna kan tillskrivas mätapparaturen.

Description

Supervisor

Franssila, Sami

Thesis advisor

Rönn, John

Keywords

optical coating, ALD, durability, refractive index, reflectance, transmittance

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202601191494

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC