第三章光學(xué)薄膜的制備課件

光學(xué)薄膜的制備一些光學(xué)零件的光學(xué)表面需要用物理方法或化學(xué)方法鍍上一層或多層薄膜，使得光線經(jīng)過該表面的反射光特性或透射光持性發(fā)生變化，許多機(jī)械加工所采用的刀具表面也需要沉積一層致密的、結(jié)合牢固的超硬鍍層而使其得以硬化，延長(zhǎng)其使用壽命，改善被加工部件的精度和光潔度。

目前，作為物理鍍膜方法的真空鍍膜，尤其是納米級(jí)超薄膜制作技術(shù)，己廣泛地應(yīng)用在電真空、無線電、光學(xué)、原子能、空間技術(shù)等領(lǐng)域及我們的生活中。真空鍍膜實(shí)質(zhì)上是在高真空狀態(tài)下利用物理方法在鍍件的表面鍍上一層薄膜的技術(shù)，它是一種物理現(xiàn)象。真空蒸發(fā)鍍膜：真空條件下加熱材料，使薄膜材料的分子或原子以直線形式向四周蒸發(fā)，從而在被鍍零件表面沉積成均勻薄膜。1.低真空的獲得獲得低真空常采用機(jī)械泵，機(jī)械泵是運(yùn)用機(jī)械方法不斷地改變泵內(nèi)吸氣空腔的體積，使被抽容器內(nèi)氣體的體積不斷膨脹，從而獲得真空的裝置。它可以直接在大氣壓下開始工作，極限真空度一般為1.33~1.33×10-1Pa，抽氣速率與轉(zhuǎn)速及空腔體積V的大小有關(guān)，一般在每秒幾升到每秒幾十升之間。

旋片式機(jī)械泵通常由轉(zhuǎn)子、定子、旋片等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。偏心轉(zhuǎn)子置于定子的圓柱形空腔內(nèi)切位置上，空腔上連接進(jìn)氣管和出氣閥門。轉(zhuǎn)子中鑲有兩塊旋片，旋片間用彈簧連接，使旋片緊壓在定子空腔的內(nèi)壁上。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)是由馬達(dá)帶動(dòng)的，定子置于油箱中，油起到密切、潤(rùn)滑與冷卻的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由被抽容器通過進(jìn)氣管被吸入，旋片隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使與進(jìn)氣管相連的區(qū)域不斷擴(kuò)大，而氣體就不斷地被吸入。當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到一定位置時(shí)，另一旋片把被吸入氣體的區(qū)域與被抽容器隔開，并將氣體壓縮，直到壓強(qiáng)增大到可以頂開出氣口的活塞閥門而被排出泵外，轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)使氣體不斷地從被抽容器中抽出。（1）高真空的獲得

目前，廣泛使用的獲得高真空的泵就是擴(kuò)散泵。擴(kuò)散泵是利用氣體擴(kuò)散現(xiàn)象來抽氣的，它不能直接在大氣壓下工作，而需要一定的預(yù)備真空度（1.33~0.133Pa）。油擴(kuò)散泵的極限真空度主要取決于油蒸汽壓和氣體分子的反擴(kuò)散，一般能達(dá)到1.33×10-5~1.33×10-7Pa。抽氣速率與結(jié)構(gòu)有關(guān)，每秒幾升~幾百升不等。油擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)如示意圖

（2）真空度的測(cè)量熱電偶真空計(jì)和電離真空計(jì)①熱偶真空計(jì)是用在低氣壓下氣體的熱導(dǎo)率與氣體壓強(qiáng)間有依賴關(guān)系制成的。它通常用來測(cè)量低真空，可測(cè)范圍為13.33~0.1333Pa。其中有一根細(xì)金屬絲（鉑絲或鎢絲）以恒定功率加熱，則絲的溫度取決于輸入功率與散熱的平衡關(guān)系，而散熱取決于氣體的熱導(dǎo)率。管內(nèi)壓強(qiáng)越低，即氣體分子越稀薄，氣體碰撞燈絲帶走的熱量就越少，則絲溫越高，從而熱偶絲產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越大。經(jīng)過校準(zhǔn)定標(biāo)后，就可以通過測(cè)量熱偶絲的電動(dòng)勢(shì)來指示真空度了。

測(cè)量范圍：100—10-1Pa②電離真空計(jì)是根據(jù)氣體分子與電子相互碰撞產(chǎn)生電離的原理制成的。它用來測(cè)量高真空度，可測(cè)范圍為0.133~1.33×10-6Pa。實(shí)驗(yàn)表明，在壓強(qiáng)P≤10-1Pa時(shí)，有下列關(guān)系成立I+/Ie=K

P

其中Ie為柵極電流，P為氣體壓強(qiáng)，I+為燈絲發(fā)出電子與氣體分子碰撞后使氣體分子電離產(chǎn)生正離子而被板極收集形成的離子電流。K為比例常數(shù)?？梢?，Ie不變，經(jīng)過用絕對(duì)真空計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，I+的值就可以指示真空度了。注意，只有在真空度達(dá)到10-1Pa以上時(shí)，才可以打開電離規(guī)管燈絲。否則，將造成規(guī)管損壞。薄膜蒸發(fā)技術(shù)熱蒸發(fā)鍍膜濺射鍍膜離子鍍膜熱蒸發(fā)：材料被加熱時(shí)，其原子就會(huì)從表面逸出熱蒸發(fā)有四種類型。電阻加熱源：用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發(fā)物質(zhì)電阻加熱源主要用于蒸發(fā)Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。電子束加熱源：適用于蒸發(fā)溫度較高（不低于2000[618-1]）的材料，即用電子束轟擊材料使其蒸發(fā)。高頻感應(yīng)加熱源：用高頻感應(yīng)電流加熱坩堝和蒸發(fā)物質(zhì)。激光加熱磁控濺射的工作原理如圖所示。與一般濺射相比，磁控濺射的不同之處是在靶表面設(shè)置一個(gè)平行于靶表面的橫向磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)是放置于靶內(nèi)的磁體產(chǎn)生。電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基體的過程中與氬原子發(fā)生碰撞，若電子具有足夠大的能量則電離出和另一個(gè)電子電子飛向基體，在電場(chǎng)的作用下加速飛向陰極靶并以高能量轟擊靶表面，使靶產(chǎn)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基體上形成薄膜。真空蒸發(fā)鍍膜真空濺射鍍膜真空離子鍍膜三種鍍膜方式的比較比較項(xiàng)目真空蒸發(fā)鍍膜真空濺射鍍膜真空離子鍍膜壓強(qiáng)（×133Pa）10-5~10-6

0.15~0.020.02~0.005粒子能量中性0.1~1eV1~10eV0.1~1eV離子－－數(shù)百到數(shù)千沉淀速率（微米/分）0.1~70