常用光學(xué)薄膜的基本設(shè)備、原理和方法

1、教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目的和要求教學(xué)目的和要求光學(xué)鍍膜系統(tǒng)的組成及其作用；光學(xué)鍍膜系統(tǒng)的組成及其作用；真空的獲得和檢測(cè)方法；真空的獲得和檢測(cè)方法；用熱蒸發(fā)方法制造光學(xué)薄膜；用熱蒸發(fā)方法制造光學(xué)薄膜；用濺射方法制造光學(xué)薄膜；用濺射方法制造光學(xué)薄膜；離子鍍?cè)砗头椒?。離子鍍?cè)砗头椒?。了解常用光學(xué)薄膜的基本設(shè)備、原理和方法。了解常用光學(xué)薄膜的基本設(shè)備、原理和方法。3.1 3.1 常用光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng)常用光學(xué)真空鍍膜系統(tǒng)獲得光學(xué)薄膜兩種工藝：獲得光學(xué)薄膜兩種工藝：物理氣相沉積物理氣相沉積和化學(xué)液相沉積和化學(xué)液相沉積（CLD） 物理氣相沉積物理氣相沉積（PVD）：在真空條件下，采用物理方法，在真空條件下

2、，采用物理方法，將材料源將材料源固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體分電離成離子，并通過低壓氣體( (或等離子體或等離子體) )過程，在基過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。主要方法主要方法：真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜及分子束外延等。鍍膜及分子束外延等。特點(diǎn)特點(diǎn)：須在真空下進(jìn)行，成本高，但膜厚可以精確控制，須在真空下進(jìn)行，成本高，但膜厚可以精確控制，膜層強(qiáng)度好。膜層強(qiáng)度好。 化學(xué)液相沉積化學(xué)液相沉積（CLD）：工藝簡(jiǎn)

3、單，成本低，但膜層厚度不：工藝簡(jiǎn)單，成本低，但膜層厚度不能控制，膜層強(qiáng)度差，較難獲得多層膜且存在水污染問題。能控制，膜層強(qiáng)度差，較難獲得多層膜且存在水污染問題。光學(xué)真空鍍膜機(jī)的組成：光學(xué)真空鍍膜機(jī)的組成：真空系統(tǒng)、熱蒸發(fā)系統(tǒng)和膜層厚真空系統(tǒng)、熱蒸發(fā)系統(tǒng)和膜層厚度控制系統(tǒng)。度控制系統(tǒng)。什么是真空？什么是真空？壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓的任何氣態(tài)空間。壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓的任何氣態(tài)空間。真空度真空度：表征真空的物理量。實(shí)際上是用氣體表征真空的物理量。實(shí)際上是用氣體壓強(qiáng)壓強(qiáng)來表示來表示的。壓強(qiáng)越小，真空度越高。的。壓強(qiáng)越小，真空度越高。量度單位量度單位：帕斯卡：帕斯卡（Pa）1mmHg=133.3Pa; 1T

4、orr(托托)=133.3Pa; 1mbar(毫巴毫巴)0.75 Torr100 Pa真空的劃分真空的劃分粗真空：粗真空：103Pa；低；低真空：真空：103 101 Pa；高高真空：真空：101 106 Pa；超高；超高真空：真空：106Pa真空劃分的依據(jù)真空劃分的依據(jù) 大于大于103Pa以上的氣體性質(zhì)與常壓差不多；其氣流特性以上的氣體性質(zhì)與常壓差不多；其氣流特性一氣體之間的一氣體之間的碰撞為主碰撞為主，壓力在，壓力在103Pa左右氣體開始出現(xiàn)導(dǎo)左右氣體開始出現(xiàn)導(dǎo)電現(xiàn)象。電現(xiàn)象。 101 Pa是一般機(jī)械泵能達(dá)到的極限真空。是一般機(jī)械泵能達(dá)到的極限真空。 106 Pa為擴(kuò)散泵能達(dá)到的極限真空。

5、在為擴(kuò)散泵能達(dá)到的極限真空。在101 106 Pa區(qū)真空特區(qū)真空特性以性以氣體分子與容器壁碰撞為主氣體分子與容器壁碰撞為主。在超高。在超高真空區(qū)，氣體分真空區(qū)，氣體分子在固體上以子在固體上以吸附停留為主吸附停留為主，此時(shí)測(cè)量和獲得的工具與高，此時(shí)測(cè)量和獲得的工具與高真空區(qū)也不一樣。真空區(qū)也不一樣。真空系統(tǒng)真空系統(tǒng):真空室、抽真空設(shè)備、真空檢測(cè)設(shè)備真空室、抽真空設(shè)備、真空檢測(cè)設(shè)備真空在薄膜制備中的作用：真空在薄膜制備中的作用：1） 減少蒸發(fā)分子和殘余氣體的碰撞；減少蒸發(fā)分子和殘余氣體的碰撞； 碰撞引起蒸發(fā)氣體運(yùn)動(dòng)散亂。碰撞引起蒸發(fā)氣體運(yùn)動(dòng)散亂。2） 抑制它們之間的反應(yīng)。抑制它們之間的反應(yīng)。 蒸發(fā)

6、分子和殘余氣體間的反應(yīng)影響光學(xué)膜的純度。蒸發(fā)分子和殘余氣體間的反應(yīng)影響光學(xué)膜的純度。蒸發(fā)分子和殘余氣體的碰撞蒸發(fā)分子和殘余氣體的碰撞N0個(gè)蒸發(fā)分子行進(jìn)距離個(gè)蒸發(fā)分子行進(jìn)距離d后未受殘余氣體分子碰撞的數(shù)目為后未受殘余氣體分子碰撞的數(shù)目為02,2d ldNN elkTlkTPP為平均自由程(氣體分子間相鄰兩次碰撞的距離)、 、 和 為波耳茨曼常數(shù)、溫度、分子直徑和壓強(qiáng)。溫度和氣體種類一定時(shí)有：溫度和氣體種類一定時(shí)有：lP=常數(shù)常數(shù)對(duì)于對(duì)于25C的空氣，的空氣， lP 0.667（cmPa）被碰撞的百分比被碰撞的百分比011d ldfNNe ,63%;10,9%;dl fdlf為提高平均自由程，為提

7、高平均自由程，需提高真空度。需提高真空度。例題：例題：設(shè)蒸發(fā)源到基板的距離為設(shè)蒸發(fā)源到基板的距離為30cm, 在在25 C時(shí)時(shí), ,如要求如要求80%80%以以上的蒸汽分子在行進(jìn)的過程中不碰撞上的蒸汽分子在行進(jìn)的過程中不碰撞, , 則要求真空度至則要求真空度至少為多少少為多少? ? 若真空度為若真空度為6.7 10-3Pa, , 則碰撞的氣體分子大則碰撞的氣體分子大約占百分之幾約占百分之幾? ? 300110.21134.44d lldfNNeelcm 解：由解：由對(duì)于對(duì)于25C的空氣，的空氣， lP 0.667（cmPa），于是），于是30.6670.667/134.444.96 10PlP

8、a若若 P=P=6.7 10-3Pa, ,則：則：0.6670.667/0.0067100lPcm于是于是30/1001126%d lfee 為保證膜層質(zhì)量，為保證膜層質(zhì)量，f 需需 10 光學(xué)鍍膜系統(tǒng)的真空度指標(biāo)。光學(xué)鍍膜系統(tǒng)的真空度指標(biāo)。蒸發(fā)分子和殘余氣體間的反應(yīng)蒸發(fā)分子和殘余氣體間的反應(yīng)需考慮殘余氣體分子到達(dá)基板的速率和蒸發(fā)分子到達(dá)基板的需考慮殘余氣體分子到達(dá)基板的速率和蒸發(fā)分子到達(dá)基板的速率。為保證膜層質(zhì)量，被碰撞的幾率速率。為保證膜層質(zhì)量，被碰撞的幾率f 10，則有，則有P0.12,MPGdM RTMtd、和為膜層密度、厚度和膜層材料的分子量， 為氣壓，t、R和T為蒸發(fā)時(shí)間、氣體普適

9、常數(shù)和溫度。光學(xué)真空鍍膜機(jī)的真空系統(tǒng)：光學(xué)真空鍍膜機(jī)的真空系統(tǒng)：1）小型機(jī)）小型機(jī):高真空油擴(kuò)散泵高真空油擴(kuò)散泵+低真空機(jī)械泵低真空機(jī)械泵+低溫冷阱；低溫冷阱；2）大型機(jī)）大型機(jī):高真空油擴(kuò)散泵高真空油擴(kuò)散泵+低真空機(jī)械泵低真空機(jī)械泵+羅茨泵羅茨泵+低溫冷阱低溫冷阱 或高真空低溫冷凝泵（無油，近來）?；蚋哒婵盏蜏乩淠茫o油，近來）。高真空油擴(kuò)散泵高真空油擴(kuò)散泵+低真空機(jī)械泵低真空機(jī)械泵+低溫冷凝泵低溫冷凝泵抽真空步驟：抽真空步驟：1）用低真空機(jī)械泵先將真空室抽到低于用低真空機(jī)械泵先將真空室抽到低于5Pa的低真空狀態(tài)，為的低真空狀態(tài)，為油擴(kuò)散泵后續(xù)抽真空作準(zhǔn)備；油擴(kuò)散泵后續(xù)抽真空作準(zhǔn)備；2）由

10、機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)組由機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)組將真空室抽到高真空狀態(tài)將真空室抽到高真空狀態(tài)（10-3Pa）。此時(shí)機(jī)械泵的作用是幫助）。此時(shí)機(jī)械泵的作用是幫助油擴(kuò)散泵將氣體排到大油擴(kuò)散泵將氣體排到大氣中。氣中。低溫冷凝泵的最大優(yōu)點(diǎn)為無油，避免油污染，鍍膜牢固性好。低溫冷凝泵的最大優(yōu)點(diǎn)為無油，避免油污染，鍍膜牢固性好。羅茨泵羅茨泵可輔助提高機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)組的抽氣速度，從可輔助提高機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)組的抽氣速度，從而壓縮抽真空時(shí)間，提高工作效率。而壓縮抽真空時(shí)間，提高工作效率。抽真空設(shè)備抽真空設(shè)備熱蒸發(fā)系統(tǒng)熱蒸發(fā)系統(tǒng)一般光學(xué)真空鍍膜機(jī)中有電阻熱蒸發(fā)電極（用于蒸發(fā)低熔點(diǎn)材一般光學(xué)真空鍍

11、膜機(jī)中有電阻熱蒸發(fā)電極（用于蒸發(fā)低熔點(diǎn)材料）兩對(duì)，電子束蒸發(fā)源（用于蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料）一至兩個(gè)。料）兩對(duì)，電子束蒸發(fā)源（用于蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料）一至兩個(gè)。膜層厚度控制系統(tǒng)膜層厚度控制系統(tǒng)精密的膜層厚度控制系統(tǒng)是光學(xué)鍍膜系統(tǒng)的特點(diǎn)。按控制方法精密的膜層厚度控制系統(tǒng)是光學(xué)鍍膜系統(tǒng)的特點(diǎn)。按控制方法可分兩類：可分兩類：1）石英晶體膜厚儀石英晶體膜厚儀。它是基于石英振蕩頻率隨膜厚的增加而。它是基于石英振蕩頻率隨膜厚的增加而衰減的原理進(jìn)行膜厚測(cè)量的，所測(cè)量的是幾何膜厚。衰減的原理進(jìn)行膜厚測(cè)量的，所測(cè)量的是幾何膜厚。測(cè)量靈敏測(cè)量靈敏度可達(dá)度可達(dá)0.1nm。2）光電膜厚儀光電膜厚儀。它以被鍍光學(xué)零件的透過或反射信

12、號(hào)隨膜厚。它以被鍍光學(xué)零件的透過或反射信號(hào)隨膜厚的變化值作為測(cè)量膜厚的依據(jù)，所測(cè)的是膜層的光學(xué)厚度。測(cè)的變化值作為測(cè)量膜厚的依據(jù)，所測(cè)的是膜層的光學(xué)厚度。測(cè)量靈敏度較低。屬于新技術(shù)，有望完善取代前者。量靈敏度較低。屬于新技術(shù)，有望完善取代前者。3.2 3.2 真空的獲得真空的獲得與檢測(cè)與檢測(cè)真空泵主要性能參數(shù)真空泵主要性能參數(shù) 抽氣速率（體積流率）：抽氣速率（體積流率）：L/s, m3/s； 極限真空極限真空: 可以抽到的最低壓強(qiáng)；可以抽到的最低壓強(qiáng)； 啟動(dòng)壓強(qiáng)啟動(dòng)壓強(qiáng): 泵無損啟動(dòng)，并有抽氣作用的壓強(qiáng)；泵無損啟動(dòng)，并有抽氣作用的壓強(qiáng)； 前級(jí)壓強(qiáng)前級(jí)壓強(qiáng): 排氣口壓強(qiáng)；排氣口壓強(qiáng)； 最大前級(jí)壓

13、強(qiáng)（反壓強(qiáng)）：超過了就會(huì)使泵損壞或不能最大前級(jí)壓強(qiáng)（反壓強(qiáng)）：超過了就會(huì)使泵損壞或不能正常工作的前級(jí)壓強(qiáng)。正常工作的前級(jí)壓強(qiáng)。真空泵分類真空泵分類1）氣體傳輸泵氣體傳輸泵：通過不斷吸入和排出氣體達(dá)到抽氣的目的。：通過不斷吸入和排出氣體達(dá)到抽氣的目的。 變?nèi)菔阶內(nèi)菔奖们蝗莘e周期性變化完成吸氣和排氣。如油封旋片泵腔容積周期性變化完成吸氣和排氣。如油封旋片式機(jī)械泵、羅茨泵等。式機(jī)械泵、羅茨泵等。 能量傳動(dòng)式能量傳動(dòng)式用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流把能量傳遞給氣用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流把能量傳遞給氣體分子，使氣體分子連續(xù)地從入口向出口運(yùn)動(dòng)。如分子泵、油體分子，使氣體分子連續(xù)地從入口向出口運(yùn)動(dòng)。如分子泵、

14、油擴(kuò)散泵等。擴(kuò)散泵等。2）氣體捕集泵氣體捕集泵：利用泵體、工作物質(zhì)對(duì)氣體分子的吸附和凝：利用泵體、工作物質(zhì)對(duì)氣體分子的吸附和凝結(jié)作用抽出容器內(nèi)的氣體。如吸附泵、吸氣劑泵和低溫泵等。結(jié)作用抽出容器內(nèi)的氣體。如吸附泵、吸氣劑泵和低溫泵等。真空泵工作范圍真空泵工作范圍機(jī)械泵機(jī)械泵: 1105Pa；羅茨泵羅茨泵: 10104Pa；油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵: 110-6Pa；窩輪分子泵窩輪分子泵: 110-8Pa；濺射離子泵；濺射離子泵: 110-8Pa；低溫泵；低溫泵: 10-110-8Pa。注意：直接用于抽大氣并向大氣中排氣的只有機(jī)械泵。注意：直接用于抽大氣并向大氣中排氣的只有機(jī)械泵。機(jī)械泵原理簡(jiǎn)介機(jī)械泵原

15、理簡(jiǎn)介機(jī)械泵性能指標(biāo)機(jī)械泵性能指標(biāo)抽氣速率（體積流率）：抽氣速率（體積流率）：葉片個(gè)數(shù)葉片個(gè)數(shù) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 泵腔的容積泵腔的容積； 極限真空極限真空: 5.0 10-2Pa ； 啟動(dòng)壓強(qiáng)啟動(dòng)壓強(qiáng): 1.013 105Pa ； 前級(jí)壓強(qiáng)前級(jí)壓強(qiáng): 1.013 105Pa； 工作壓強(qiáng)工作壓強(qiáng): 1.013 105Pa 1.333 105Pa。常用的真空泵：機(jī)械泵、分子泵和羅茨泵、擴(kuò)散泵和低溫冷常用的真空泵：機(jī)械泵、分子泵和羅茨泵、擴(kuò)散泵和低溫冷凝泵等。凝泵等。理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：PV=RT即，壓強(qiáng)即，壓強(qiáng) 體積體積=常數(shù)常數(shù) 溫度溫度打開進(jìn)氣口打開進(jìn)氣口增大體積吸氣增大體積吸氣關(guān)上進(jìn)氣口，縮小體積關(guān)

16、上進(jìn)氣口，縮小體積打打開出氣口排氣。開出氣口排氣。擴(kuò)散泵原理簡(jiǎn)介擴(kuò)散泵原理簡(jiǎn)介加熱高純真空油至蒸發(fā)加熱高純真空油至蒸發(fā)向上噴射俘獲氣體向上噴射俘獲氣體將氣體帶出將氣體帶出（機(jī)械泵），同時(shí)油遇冷變成液態(tài)流向油槽。（機(jī)械泵），同時(shí)油遇冷變成液態(tài)流向油槽。擴(kuò)散泵性能指標(biāo)擴(kuò)散泵性能指標(biāo)極限真空極限真空: 10-7Pa ； 啟動(dòng)壓強(qiáng)啟動(dòng)壓強(qiáng): 10-5Pa ； 前級(jí)壓強(qiáng)前級(jí)壓強(qiáng): 1Pa； 工作壓強(qiáng)工作壓強(qiáng): 1.0 10-1Pa 1.0 10-6Pa。羅茨泵原理簡(jiǎn)介羅茨泵原理簡(jiǎn)介兩個(gè)兩個(gè)“8”字型的轉(zhuǎn)子安字型的轉(zhuǎn)子安裝在一對(duì)平行軸上，由裝在一對(duì)平行軸上，由傳動(dòng)比為傳動(dòng)比為1的一對(duì)齒輪的一對(duì)齒輪帶動(dòng)做同

17、步反向轉(zhuǎn)動(dòng)。帶動(dòng)做同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子和泵殼轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子和泵殼內(nèi)壁保持少量間隙。內(nèi)壁保持少量間隙。打開進(jìn)氣口打開進(jìn)氣口增大體積吸氣增大體積吸氣關(guān)上進(jìn)氣口，縮小體積關(guān)上進(jìn)氣口，縮小體積打開打開出氣口排氣。出氣口排氣。輔助提高機(jī)械泵和油輔助提高機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)組的抽擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)組的抽氣速度。氣速度。低溫冷凝泵原理簡(jiǎn)介低溫冷凝泵原理簡(jiǎn)介利用低溫冷凝和低溫吸附原理抽氣的容積式真空泵。是獲得利用低溫冷凝和低溫吸附原理抽氣的容積式真空泵。是獲得無油高真空環(huán)境的設(shè)備。無油高真空環(huán)境的設(shè)備。其最大特點(diǎn)就是無油污染。其最大特點(diǎn)就是無油污染。低溫冷凝：低溫冷凝：用液用液He冷卻氣體表面（可達(dá)冷卻氣

18、體表面（可達(dá)4.2K）。它可用來冷）。它可用來冷凝空氣中除凝空氣中除H2、He以外的大部分氣體。以外的大部分氣體。低溫吸附：低溫吸附：在低溫表面粘貼一些固體吸附劑，氣體分子到達(dá)在低溫表面粘貼一些固體吸附劑，氣體分子到達(dá)這些多孔的吸附表面就被收集。這些多孔的吸附表面就被收集。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.無油污染；無油污染；2.抽速大；抽速大；3.運(yùn)行費(fèi)低，操作簡(jiǎn)單；運(yùn)行費(fèi)低，操作簡(jiǎn)單；4.適適應(yīng)性強(qiáng)（真空腔內(nèi)無運(yùn)動(dòng)部件，抗外界干擾和真空系統(tǒng)微粒應(yīng)性強(qiáng)（真空腔內(nèi)無運(yùn)動(dòng)部件，抗外界干擾和真空系統(tǒng)微粒影響能力強(qiáng)）；影響能力強(qiáng)）；5.可安裝在任何部位；可安裝在任何部位；6.運(yùn)動(dòng)部件少且低速運(yùn)動(dòng)部件少且低速運(yùn)行，壽命

19、長(zhǎng)；運(yùn)行，壽命長(zhǎng)；7.極限真空都可達(dá)極限真空都可達(dá)10-7Pa，有的型號(hào)可達(dá)，有的型號(hào)可達(dá)10-9Pa。機(jī)械泵的性能特點(diǎn)：機(jī)械泵的性能特點(diǎn)：能直接抽大氣或向大氣排氣。用于低真空?qǐng)龊?，抽速較慢。能直接抽大氣或向大氣排氣。用于低真空?qǐng)龊?，抽速較慢。擴(kuò)散泵的性能特點(diǎn)：擴(kuò)散泵的性能特點(diǎn)： 不能直接抽大氣或向大氣排氣。必須在有水冷的條件下工作。不能直接抽大氣或向大氣排氣。必須在有水冷的條件下工作。極限真空接近極限真空接近10-7Pa。羅茨泵的性能特點(diǎn)：羅茨泵的性能特點(diǎn)： 抽速較快，用于低真空?qǐng)龊?，不能直接抽大氣或向大氣排氣。抽速較快，用于低真空?qǐng)龊?，不能直接抽大氣或向大氣排氣。分子泵的性能特點(diǎn)：分子泵的

20、性能特點(diǎn)：不需任何工作液體不需任何工作液體，屬于純機(jī)械運(yùn)動(dòng)，極限真空屬于純機(jī)械運(yùn)動(dòng)，極限真空10-8Pa。不。不能直接抽大氣或向大氣排氣。能直接抽大氣或向大氣排氣。低溫冷凝泵的性能特點(diǎn)：低溫冷凝泵的性能特點(diǎn)：低溫冷凝和低溫吸附原理。無油，高真空。不能直接抽大氣或低溫冷凝和低溫吸附原理。無油，高真空。不能直接抽大氣或向大氣排氣。極限真空向大氣排氣。極限真空10-8Pa。真空度的檢測(cè)真空度的檢測(cè)熱電偶真空計(jì)熱電偶真空計(jì)、熱陰極電離真空計(jì)熱陰極電離真空計(jì)和冷陰極電離真空計(jì)三種。和冷陰極電離真空計(jì)三種。熱電偶真空計(jì)熱電偶真空計(jì)原理：低壓強(qiáng)下的氣體的熱傳導(dǎo)與氣壓有原理：低壓強(qiáng)下的氣體的熱傳導(dǎo)與氣壓有關(guān)，

21、在低真空情況下與氣壓成正比。關(guān)，在低真空情況下與氣壓成正比。測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為0.1313Pa。熱電偶真空計(jì)特點(diǎn)：熱電偶真空計(jì)特點(diǎn)： 能測(cè)容器內(nèi)的真實(shí)壓強(qiáng)，且能連續(xù)測(cè)量能測(cè)容器內(nèi)的真實(shí)壓強(qiáng)，且能連續(xù)測(cè)量和能遠(yuǎn)距離讀數(shù)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易制造；即和能遠(yuǎn)距離讀數(shù)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易制造；即使氣壓突然升高也不會(huì)燒毀。使氣壓突然升高也不會(huì)燒毀。 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量曲線因氣體種類而異；由于熱標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量曲線因氣體種類而異；由于熱慣性，讀數(shù)滯后；受外界熱輻射等影響較慣性，讀數(shù)滯后；受外界熱輻射等影響較大；老化現(xiàn)象嚴(yán)重。大；老化現(xiàn)象嚴(yán)重。熱陰極電離真空計(jì)熱陰極電離真空計(jì)原理：具有足夠能量的電子在運(yùn)動(dòng)原理：具有足夠能量的電子在運(yùn)動(dòng)中

22、與氣體分子碰撞會(huì)引起電離，產(chǎn)中與氣體分子碰撞會(huì)引起電離，產(chǎn)生正離子和電子。而電子在一定的生正離子和電子。而電子在一定的“飛行飛行”路程中與氣體分子的碰撞路程中與氣體分子的碰撞次數(shù)又正比于氣體分子密度。在溫次數(shù)又正比于氣體分子密度。在溫度一定時(shí)正比于氣壓。通過測(cè)量正度一定時(shí)正比于氣壓。通過測(cè)量正離子數(shù)來測(cè)量氣壓。離子數(shù)來測(cè)量氣壓。測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為0.1105 Pa。熱陰極電離真空計(jì)優(yōu)點(diǎn)：熱陰極電離真空計(jì)優(yōu)點(diǎn)：1）響應(yīng)快，可連續(xù)讀數(shù)，也可遠(yuǎn)距離控制；）響應(yīng)快，可連續(xù)讀數(shù)，也可遠(yuǎn)距離控制；2）可測(cè)高真空度；）可測(cè)高真空度；3）規(guī)管小，易于連接到被測(cè)量處；）規(guī)管小，易于連接到被測(cè)量處；熱電離真空規(guī)

23、管熱電離真空規(guī)管4）一般電離真空計(jì)的校準(zhǔn)曲線范圍較寬，約）一般電離真空計(jì)的校準(zhǔn)曲線范圍較寬，約0.1105 Pa；5）對(duì)機(jī)械振動(dòng)不敏感。）對(duì)機(jī)械振動(dòng)不敏感。熱陰極電離真空計(jì)缺點(diǎn)：熱陰極電離真空計(jì)缺點(diǎn)：1）靈敏度與氣體種類有關(guān)；）靈敏度與氣體種類有關(guān)；2）壓強(qiáng)大于）壓強(qiáng)大于0.1Pa時(shí)，燈絲易燒毀。如沒保護(hù)裝置，一旦漏時(shí)，燈絲易燒毀。如沒保護(hù)裝置，一旦漏氣，規(guī)管立即燒毀；氣，規(guī)管立即燒毀；3）工作時(shí)產(chǎn)生化學(xué)清除作用或電清除作用，造成壓強(qiáng)改變，）工作時(shí)產(chǎn)生化學(xué)清除作用或電清除作用，造成壓強(qiáng)改變，影響測(cè)量精度；影響測(cè)量精度；4）玻璃殼、電極放電作用會(huì)影響測(cè)量精度。）玻璃殼、電極放電作用會(huì)影響測(cè)量精度

24、。熱蒸發(fā)熱蒸發(fā)通過加熱使膜層材料蒸發(fā)。主要的光學(xué)鍍膜方法。通過加熱使膜層材料蒸發(fā)。主要的光學(xué)鍍膜方法。電阻加熱：電阻加熱：低壓大電流使高熔點(diǎn)金屬制成的蒸發(fā)源產(chǎn)生熱，低壓大電流使高熔點(diǎn)金屬制成的蒸發(fā)源產(chǎn)生熱，從而導(dǎo)致所承載的膜料氣化或升華。從而導(dǎo)致所承載的膜料氣化或升華。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而且操作方便。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而且操作方便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）不能蒸發(fā)高熔點(diǎn)的材料；）不能蒸發(fā)高熔點(diǎn)的材料；2）膜料容易熱分解；）膜料容易熱分解；3）膜料粒子初始動(dòng)能低，膜層填充密度低，機(jī)械強(qiáng)度差。膜料粒子初始動(dòng)能低，膜層填充密度低，機(jī)械強(qiáng)度差。選用蒸發(fā)源應(yīng)考慮的因素：選用蒸發(fā)源應(yīng)考慮的因素：1）熔點(diǎn)高，熱

25、穩(wěn)定性好；）熔點(diǎn)高，熱穩(wěn)定性好；2）蒸發(fā)源在工作溫度有足夠低的蒸氣壓；）蒸發(fā)源在工作溫度有足夠低的蒸氣壓；3）不與膜料反應(yīng)；）不與膜料反應(yīng)；4）高溫下與膜料不相濕（相滲）或雖然相濕，但不相溶。）高溫下與膜料不相濕（相滲）或雖然相濕，但不相溶。5）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。蒸發(fā)源的形狀隨不同的膜層材料的不同而不同?？梢圆捎秒娬舭l(fā)源的形狀隨不同的膜層材料的不同而不同?？梢圆捎秒娮杓訜幔ㄕ舭l(fā)或升華）的膜料有金屬、介質(zhì)或半導(dǎo)體。阻加熱（蒸發(fā)或升華）的膜料有金屬、介質(zhì)或半導(dǎo)體。電子束加熱電子束加熱燈絲通過大電流，其內(nèi)部的一部分電子因獲得足夠的能量而燈絲通過大電流，其內(nèi)部的一部分電子因獲得足夠的能量而逸出表面

26、，發(fā)射出熱電子。這樣高速運(yùn)動(dòng)的電子流在外加磁逸出表面，發(fā)射出熱電子。這樣高速運(yùn)動(dòng)的電子流在外加磁場(chǎng)的作用下聚焦成細(xì)束轟擊膜料表面，使電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為場(chǎng)的作用下聚焦成細(xì)束轟擊膜料表面，使電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為膜料的熱能（電子槍）。膜料的熱能（電子槍）。發(fā)射電流密度和發(fā)射電流密度和金屬溫度的關(guān)系金屬溫度的關(guān)系e型電子槍型電子槍2/00,kTeJAT eA與金屬有關(guān)的常數(shù)，T為溫度， 為逸出功逸出電子在外加場(chǎng)作用逸出電子在外加場(chǎng)作用下加速轟擊靶材料表面，下加速轟擊靶材料表面，動(dòng)能變成熱能。動(dòng)能變成熱能。電子束加熱優(yōu)點(diǎn)：電子束加熱優(yōu)點(diǎn)：1）電子束的焦斑大小位置均可調(diào)，既方便利用小坩鍋，也）電子束的焦斑大小位

27、置均可調(diào)，既方便利用小坩鍋，也可以利用大坩鍋；可以利用大坩鍋；2）可以一槍多鍋，易于蒸發(fā)工藝的重復(fù)穩(wěn)定；蒸發(fā)速度易）可以一槍多鍋，易于蒸發(fā)工藝的重復(fù)穩(wěn)定；蒸發(fā)速度易控，方便使用多種膜料和一源多用；控，方便使用多種膜料和一源多用；3）燈絲易屏蔽保護(hù)，不受污染，壽命長(zhǎng)；）燈絲易屏蔽保護(hù)，不受污染，壽命長(zhǎng)；4）使用維修方便；）使用維修方便；5）可蒸發(fā)高熔點(diǎn)的材料（）可蒸發(fā)高熔點(diǎn)的材料（W, Ta, Mo, 氧化物和陶瓷等）；氧化物和陶瓷等）；6）可快速升溫至蒸發(fā)溫度，化合物分解少；）可快速升溫至蒸發(fā)溫度，化合物分解少；7）膜料粒子初始動(dòng)能高，膜層填充密度高，機(jī)械強(qiáng)度高。）膜料粒子初始動(dòng)能高，膜層填充

28、密度高，機(jī)械強(qiáng)度高。濺射濺射用高速正離子轟擊膜料表面，通過動(dòng)量傳遞，使其分子或原用高速正離子轟擊膜料表面，通過動(dòng)量傳遞，使其分子或原子獲得足夠的動(dòng)能從靶表面逸出，在被鍍表面凝結(jié)成膜。子獲得足夠的動(dòng)能從靶表面逸出，在被鍍表面凝結(jié)成膜。其理論基礎(chǔ)是氣體的輝光放電：氣壓在其理論基礎(chǔ)是氣體的輝光放電：氣壓在110Pa時(shí)，高壓電極時(shí)，高壓電極間氣體電離形成的低壓大電流導(dǎo)體，并伴有輝光的氣體放電間氣體電離形成的低壓大電流導(dǎo)體，并伴有輝光的氣體放電現(xiàn)象。現(xiàn)象。與熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)比較，其優(yōu)點(diǎn)為：與熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)比較，其優(yōu)點(diǎn)為：膜層在基片上的附著力強(qiáng)，膜層純度高，可同時(shí)濺射多種不膜層在基片上的附著力強(qiáng)，膜層純度高

29、，可同時(shí)濺射多種不同成分的合金膜或化合物；同成分的合金膜或化合物；其缺點(diǎn)為：其缺點(diǎn)為：需制備專用鍍料，靶利用率低。需制備專用鍍料，靶利用率低。將濺射室的真空抽到將濺射室的真空抽到10-310-4Pa后充入惰性氣體至后充入惰性氣體至110-1Pa，在陰極上加數(shù)千伏負(fù)高壓，這時(shí)出現(xiàn)輝光放電，在陰極上加數(shù)千伏負(fù)高壓，這時(shí)出現(xiàn)輝光放電，離子向靶加速運(yùn)動(dòng)，通過能量傳遞，靶材原子被賤出而離子向靶加速運(yùn)動(dòng)，通過能量傳遞，靶材原子被賤出而淀積在基板上。淀積在基板上。離子鍍離子鍍屬于真空熱蒸發(fā)與濺射兩種技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新工藝。屬于真空熱蒸發(fā)與濺射兩種技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新工藝。被蒸發(fā)粒子在從蒸發(fā)源到基板

30、的途中離化，然后向具有負(fù)偏被蒸發(fā)粒子在從蒸發(fā)源到基板的途中離化，然后向具有負(fù)偏壓的基板加速。壓的基板加速。兼有熱蒸發(fā)的高成兼有熱蒸發(fā)的高成膜速率和濺射高能膜速率和濺射高能離子轟擊得致密膜離子轟擊得致密膜層的雙優(yōu)效果。層的雙優(yōu)效果。離子鍍的離子鍍的優(yōu)點(diǎn)為：優(yōu)點(diǎn)為：1）膜層附著力強(qiáng)。高能粒子轟擊使基板更加清潔，產(chǎn)生高溫、）膜層附著力強(qiáng)。高能粒子轟擊使基板更加清潔，產(chǎn)生高溫、膜層純度高，還使附著力弱的原子或分子產(chǎn)生濺射離開基板。膜層純度高，還使附著力弱的原子或分子產(chǎn)生濺射離開基板。另外，促進(jìn)了膜層材料的表面擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，甚至產(chǎn)生注另外，促進(jìn)了膜層材料的表面擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，甚至產(chǎn)生注入效應(yīng)，因而大大

31、增強(qiáng)附著力。入效應(yīng)，因而大大增強(qiáng)附著力。2）膜層密度高。高能粒子不僅表面遷移率大，而且再濺射時(shí)）膜層密度高。高能粒子不僅表面遷移率大，而且再濺射時(shí)克服了淀積時(shí)的陰影效應(yīng)，因而膜密度接近塊材料。克服了淀積時(shí)的陰影效應(yīng)，因而膜密度接近塊材料。3）膜層均勻性好?；迩昂蟊砻婢艿矸e薄膜。凡電力線能）膜層均勻性好?；迩昂蟊砻婢艿矸e薄膜。凡電力線能設(shè)計(jì)的部位就能鍍膜，該技術(shù)可用于復(fù)雜形狀的光學(xué)鍍膜。設(shè)計(jì)的部位就能鍍膜，該技術(shù)可用于復(fù)雜形狀的光學(xué)鍍膜。4）膜層淀積速率快。離子鍍利用熱蒸發(fā)技術(shù)，最高淀積速率）膜層淀積速率快。離子鍍利用熱蒸發(fā)技術(shù)，最高淀積速率可達(dá)可達(dá)50 m/min。5）可在任何材料的工

32、件上鍍膜（施加高頻電場(chǎng)）。）可在任何材料的工件上鍍膜（施加高頻電場(chǎng)）。制造高硬度的機(jī)械刀具和耐磨的固體潤(rùn)滑膜，在金屬和塑料制造高硬度的機(jī)械刀具和耐磨的固體潤(rùn)滑膜，在金屬和塑料等制品上鍍耐久的裝飾膜等。等制品上鍍耐久的裝飾膜等。離子鍍的常見類型：離子鍍的常見類型：蒸發(fā)源蒸發(fā)源：可以是任何一種熱蒸發(fā)方式?？梢允侨魏我环N熱蒸發(fā)方式。離化方式離化方式：直流輝光放電、高頻輝光放電、弧光放電、電子直流輝光放電、高頻輝光放電、弧光放電、電子束、熱電子型等等。束、熱電子型等等。已形成的實(shí)用技術(shù)已形成的實(shí)用技術(shù)：活化離子鍍、空心陰極離子鍍和弧源離：活化離子鍍、空心陰極離子鍍和弧源離子鍍等。子鍍等。離子輔助鍍離子

33、輔助鍍?cè)跓嵴舭l(fā)鍍膜技術(shù)中，增設(shè)離子發(fā)生器，在熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中，增設(shè)離子發(fā)生器，即離子源，產(chǎn)生離子束，在熱蒸發(fā)進(jìn)行即離子源，產(chǎn)生離子束，在熱蒸發(fā)進(jìn)行的同時(shí)，用粒子束轟擊正在生長(zhǎng)的膜層，的同時(shí)，用粒子束轟擊正在生長(zhǎng)的膜層，形成致密均勻結(jié)構(gòu)（聚集密度接近于形成致密均勻結(jié)構(gòu)（聚集密度接近于1），使膜層的穩(wěn)定性提高，達(dá)到改善），使膜層的穩(wěn)定性提高，達(dá)到改善膜層的光學(xué)和機(jī)械性能的目的。膜層的光學(xué)和機(jī)械性能的目的。離子輔助的作用離子輔助的作用鍍前轟擊鍍前轟擊：在鍍膜前的：在鍍膜前的0.53min，用離子束轟擊將要鍍膜的，用離子束轟擊將要鍍膜的零件表面既能清潔待鍍膜的表面，又壓縮了離子轟擊（鍍中零件表面既能清潔待鍍膜的表面，又壓縮了離子轟擊（鍍中轟擊）時(shí)間，更能使離子轟擊的作用得到最大程度的發(fā)揮。轟擊）時(shí)間，更能使離子轟擊的作用得到最大程度的發(fā)揮。鍍中轟擊的作用有以下三個(gè)方面：鍍中轟擊的作用有以下三個(gè)方面：1）濺射突出島，消除陰影效應(yīng)，破壞柱狀結(jié)構(gòu)，形成均應(yīng)填）濺射突出島，消除陰影效應(yīng)，破壞柱狀結(jié)構(gòu)，形成均應(yīng)填充生長(zhǎng)。充生長(zhǎng)。2）膜層粒子受轟擊而獲得高閾值能的能量時(shí)，就可以產(chǎn)生級(jí)）膜層粒子受轟擊而獲得高閾值能的能量時(shí)，就可以產(chǎn)生級(jí)聯(lián)碰撞，這樣增加原子、分子的遷移率，使膜層粒子間緊密聯(lián)碰撞，這樣增加原