光學薄膜制備工藝

1、光學薄膜制備工藝光學薄膜制備工藝 成膜工藝 化學方法 物理方法 化學氣相沉積 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 光學真空鍍膜機 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)代的光學薄膜制備，無論是PVD(真空 鍍膜機)還是CVD都是在真空下獲得的。根 據： RT M m PV P-壓強、V-體積、T-絕對溫度、M-分子量、 m-質量、R-氣體普適常數（8.31x1023/mol) 真空度的表示: 1Pa=1N/m2 1Torr=133.3Pa 1(atm)標準大氣壓=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 機械泵 分子泵 羅茨泵 機械里壓縮排除氣體 擴散泵 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 體進行物理吸附排氣 真空泵抽氣

3、原理及工作范圍 機械泵原理圖 油擴散泵 擴散泵示意圖 注意事項：注意事項： 1 不能在泵內氣壓高于1帕時加熱擴散泵；已工 作的擴散泵停止加熱后，應繼續(xù)用機械泵抽空， 直至冷卻，否則泵油易氧化變質。 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，進入待抽容器，這種現(xiàn)象 叫返油。為減少其效果，在擴散泵頂部一般都 裝有水冷擋油板，它應當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泵壁前就 因碰撞而升向泵頂，造成嚴重的返油現(xiàn)象。所以， 擴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 熱傳導與氣壓 關系明顯,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 高頻濺射又稱射頻濺射為濺射 介質材料而設計 磁控濺射提高離化率、濺射速 率，降低基片溫度 離子鍍技術 離子鍍技術是在熱蒸發(fā)技術和濺射技術 結合的基礎上發(fā)展起來的新工藝，1963 年首先應用于人造衛(wèi)星的金屬滑膜。 特點： 膜層附著力強 密度高 均勻性好 沉積速度快、 應用： 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 光學膜制備的最常用手段 常?？梢耘湟云渌o助蒸發(fā) 電子槍示意圖 APS1104 德國 Leybold APS1104 真空室 內情況 鏡片懸掛 機構 改進蒸發(fā)工藝、改善膜層的微觀結構 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的距 離，去找到一個有比較強束縛的位置。從而使膜層的結構 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 潔和改善膜層結構的

6、任務 離子體增強的離子輔助技術 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)進入APS源，放電產生 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。 這時充入反應氣體(O2等)，等 離子體電離并激活反應氣體 及從電子槍蒸發(fā)出的材料分 子，并在基板上得到符合化 學計量比的電介質薄膜。 光學膜厚監(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，即 壓電效應和質量負荷效應。 石英晶體壓電效應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的衰減。石英晶 體的這個效應是質量負荷效應。石英晶體膜厚監(jiān)控儀