光學(xué)薄膜制備工藝

1、光學(xué)薄膜制備工藝光學(xué)薄膜制備工藝 成膜工藝 化學(xué)方法 物理方法 化學(xué)氣相沉積 電鍍 電解 陽極氧化 等等 真空蒸鍍 離子鍍 濺射 分子束外延 等等 光學(xué)真空鍍膜機(jī) 1真空系統(tǒng) 2蒸發(fā)系統(tǒng) 3厚度控制系統(tǒng) 真空系統(tǒng) 現(xiàn)代的光學(xué)薄膜制備，無論是PVD(真空 鍍膜機(jī))還是CVD都是在真空下獲得的。根 據(jù)： RT M m PV P-壓強(qiáng)、V-體積、T-絕對溫度、M-分子量、 m-質(zhì)量、R-氣體普適常數(shù)（8.31x1023/mol) 真空度的表示: 1Pa=1N/m2 1Torr=133.3Pa 1(atm)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760Torr 1mmHg=1.00000014Torr 初真空低真空高真空超高真空

2、 真空度 Pa 103103-10-110-1-10-610-6 平均自 由程 （cm) 105 氣流特點 1.以氣體 分子間的 碰撞為主 2.粘滯流 過渡區(qū)域 1.以氣體 分子與器 壁的碰撞 為主 2.分子流 平均吸 附 時間 氣體分子以空間飛行為主 以吸附停 留為主 鍍膜機(jī)真空系統(tǒng) 泵名 原理 工作范圍 Torr 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 機(jī)械泵 分子泵 羅茨泵 機(jī)械里壓縮排除氣體 擴(kuò)散泵 靠蒸汽射流攜帶排除 氣體 濺射離子泵 鈦升華泵 靠濺射或升華形成吸 氣、吸附排除氣體 吸附泵 冷凝泵 利用低溫表面對 氣 體進(jìn)行物理吸附排氣 真空泵抽氣

3、原理及工作范圍 機(jī)械泵原理圖 油擴(kuò)散泵 擴(kuò)散泵示意圖 注意事項：注意事項： 1 不能在泵內(nèi)氣壓高于1帕?xí)r加熱擴(kuò)散泵；已工 作的擴(kuò)散泵停止加熱后，應(yīng)繼續(xù)用機(jī)械泵抽空， 直至冷卻，否則泵油易氧化變質(zhì)。 2 由于冷卻不可能絕對完善，總有一些油分子 未被冷凝而升向泵頂，進(jìn)入待抽容器，這種現(xiàn)象 叫返油。為減少其效果，在擴(kuò)散泵頂部一般都 裝有水冷擋油板，它應(yīng)當(dāng)檔去盡量多的油蒸汽而 對抽氣速率的影響盡量小。 3 若泵油的溫度不夠高，則不僅抽速慢，而且 因油蒸汽噴出的速度不夠快而會在到達(dá)泵壁前就 因碰撞而升向泵頂，造成嚴(yán)重的返油現(xiàn)象。所以， 擴(kuò)散泵的加熱時間不能太短，一般約需40分鐘左 右。 真空測量真空測量

4、 1010-1 Pa氣體 熱傳導(dǎo)與氣壓 關(guān)系明顯,這是 它的測量范圍 10-210-6Pa離子流正比與氣壓， 這就是它的測量范圍 冷陰極電離真空計 蒸發(fā)系統(tǒng)： 熱蒸發(fā) 濺射 離子鍍 離子輔助蒸發(fā) 鐘罩鍍膜機(jī)示意圖 1加熱 2玻璃 3蒸發(fā)源 4鐘罩 熱蒸發(fā) 坩堝 濺射技術(shù) 高頻濺射又稱射頻濺射為濺射 介質(zhì)材料而設(shè)計 磁控濺射提高離化率、濺射速 率，降低基片溫度 離子鍍技術(shù) 離子鍍技術(shù)是在熱蒸發(fā)技術(shù)和濺射技術(shù) 結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新工藝，1963 年首先應(yīng)用于人造衛(wèi)星的金屬滑膜。 特點： 膜層附著力強(qiáng) 密度高 均勻性好 沉積速度快、 應(yīng)用： 高硬度刀具 耐磨固體潤滑膜 電子束蒸發(fā) 屬于熱蒸發(fā)的一

5、種形式 光學(xué)膜制備的最常用手段 常常可以配以其它輔助蒸發(fā) 電子槍示意圖 APS1104 德國 Leybold APS1104 真空室 內(nèi)情況 鏡片懸掛 機(jī)構(gòu) 改進(jìn)蒸發(fā)工藝、改善膜層的微觀結(jié)構(gòu) 基本的思路：附加一定的能量到被鍍的表面上去，利用這 些能量移開弱束縛的粒子，使達(dá)到基板的材料粒子有高的 遷移率。由于附加了能量，膜料粒子可以穿透比較遠(yuǎn)的距 離，去找到一個有比較強(qiáng)束縛的位置。從而使膜層的結(jié)構(gòu) 得到改善。 具體實施辦法：在膜層沉積的同時，利用電子、光子、離 子將能量附加到基底上去，這不僅有利于清潔被鍍表面， 也增加了膜層的致密度。 近十幾年的趨勢是利用荷能的離子完成基片清 潔和改善膜層結(jié)構(gòu)的

6、任務(wù) 離子體增強(qiáng)的離子輔助技術(shù) 等離子源采用熱陰極、筒狀 陽極及軸向發(fā)散形磁場，在 輔助沉積過程中，放電氣體 (Ar氣)進(jìn)入APS源，放電產(chǎn)生 的等離子體在交叉電磁場的 作用下被拔出APS，并在電磁 場作用下漂向基板，放電氣 體形成的等離子體形成一個 園維體充滿基板下的空間。 這時充入反應(yīng)氣體(O2等)，等 離子體電離并激活反應(yīng)氣體 及從電子槍蒸發(fā)出的材料分 子，并在基板上得到符合化 學(xué)計量比的電介質(zhì)薄膜。 光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng) 石英晶體法監(jiān)控膜厚，主要是利用了石英晶體的兩個效應(yīng)，即 壓電效應(yīng)和質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)。 石英晶體壓電效應(yīng)的固有頻率不僅取決于其幾何尺寸，切 切割類型而且還取決于晶片的厚度。當(dāng)品片上鍍了某種膜層， 使品片的厚度增大，則品片的固有頻率會相應(yīng)的衰減。石英晶 體的這個效應(yīng)是質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)。石英晶體膜厚監(jiān)控儀