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光学薄膜的真空蒸发技术

作者:时间:2020-05-14 09:24:09283 次浏览

光学薄膜的真空蒸发技术主要包括溅射法和热蒸发法,下面我们将详细了解下关于光学薄膜镀膜工艺以及方法特点:

溅射法

溅射法最早获得应用,是使剩余气体分于在强电场作用下发生电离,电离获得正离子 在场的作用下向阴极方向作高速运动,击到阴极表面后把自己的能量传递给位于阴极表面上 的溅射靶子.使靶面原子{或分子}淀积在基体上形成所需要的薄膜. 阴极溅射很少用来淀积介质材料。这是由于带电的离子在基体和靶面的堆积形成屏蔽 电场,从而影响淀积的继续进行,使淀扭速率慢,效果也差。高频溅射正是为了克服阴极 溅射这与一缺点而设计.与一般阴极溅射不同,高频溅射在两极之间加的是高频电压,频 率一般为 5~30Mhz,这样在上半周吸附于极面的电荷在下半周时就被释放,不致形戍电荷 积累而影响淀积,高频溅射可用来淀积各种电介质材料.这种膜结构紧密,牢固性好,制 备电学膜应用较为广泛,但均匀性不够好。厚度控制较为困难,在光学薄膜中应用少,如 果克服上述缺点,可望在克服大功率激光器对薄膜破坏中得到应用。

热蒸发法

目前,光学薄膜的淀积中用得最多是热蒸发.它的基本原理是把被蒸发材料加热到蒸 发温度,使之挥发淀积到基体形成所需要的膜层.

真空蒸发镀膜

电阻加热蒸发

大部分材料,特别是化合物,只能采用间接蒸发,即需要一个盛放并加热材料的蒸发源.

选择蒸发源的三个基本要求:蒸发源材料的熔点和蒸气压;蒸发源材料与薄膜材料的反应 以及薄膜材料的湿润性.

最简单和最常用的方法是用高熔点的材料作为加热器,它相当于一个电阻,通电后产 生热量,电阻率随之增加,当温度为 1000 度时蒸发源的电阻率为冷却时的 4~5 倍;在 2000 度时,增加到 10 倍,加热器产生的焦耳热就足以使蒸发材料的分子或原子获得足够大的动 能而蒸发.

常用的蒸发源材料有石墨,钨,钽,钼,铂,其中最常用的是钼片和钨丝。 电阻加热法的优点是设备简单,操作方便,易于实现薄膜淀积过程自动化,但是不能 直接蒸发难溶金属和高温介质材料;很难避免蒸发源对膜料污染。

电子柬蒸发

原理是当金属高温状态时,其内部的一部分电于因获得足够的能量而选出表面,这就 是所谓热电子发射,如果施加一定的电埸,则电子在电场中将向阳极方向移动,且电场电 压越大电子运动速度越快,这样高速运动的电子流在一定的电磁场作用下,使它聚成细束 并轰击被镀材料表面,使动能变成热能,从而使薄膜材料蒸发。

电子枪的结构有许多形式,目前,广泛采用磁偏转 e 形枪,它基本上克服了二次电于的 影响.所谓"e 形",是由于电于轨迹成 e 字形而得名,又被称为 270 度磁偏转枪.它由阴极 灯丝,聚焦扳阳极.偏转磁铁和无氧钢水冷坩埚组成

从灯丝发射的热电子经阴极与阳极间的高压电场加速并聚焦,由磁场使之偏转达到坩埚蒸 发材料表面.由于蒸发材料与阳极是分开的,并单独处于磁场中,故二次电子因受到磁场 的作用而再次发生偏转,大大减少了向基板发射的几率,e 形枪的聚焦特性主要块定于灯丝, 聚焦极和极的相对位置.电子柬偏转主要取决于高压和磁场电流的大小. e 形枪有效抑制二次电子,方便的通过改变磁场大小调节束斑位置,而且采用内藏式 阴极,即防止了板间的离子放电,又避免了灯丝污染。

激光蒸发

高能量的激光束透过真空室窗口,使蒸发材料进行加热,通过聚焦可使激光束功率密 度提高,以便材料蒸发.

激光蒸发的优点是,可蒸发高熔点材料;采用非接触式加热热源置于真空室外减少了 污染,又减化了真空室,非常适于高真空下制备纯洁薄膜.且获得很高的蒸发速率但费用 高,蒸发材料受到限制.

反应蒸发

许多化合物在高温蒸发过程中会产生分解,例如直接蒸发Al203.Ti02等会产生失氧使吸 收增加,为此宜采用反应蒸发.即在一定的反应气氛中蒸发金属或低价化合物,使之在淀 积过程中发生化学反应而生成所需要的高价化合物薄膜。 为了加强反应蒸发中的氧化作 用,离子氧反应蒸发技术受到重视和应用.制备参数必须严格控制.如本底真空和充气真空 或控制充气流量.

离子镀

所谓离子镀,是真空蒸发与溅射两种技术结合而发展起来的一种新工艺.其优点为: 膜层附着力强,膜层密度高,均匀性好,淀积速率快.主要用于制造高硬度的机械刀具和 耐磨的固体润滑膜,在金属和塑料等制品上制造耐久的装饰膜.目前又发展了低压反应离 子镀技术,可获得表面粗糙度好的薄膜.

离子辅助镀

它是利用一束离子源,在镀膜的同时对基体以某种气体的离子轰击{如 Ar).改进了薄 膜的性质,改善了薄膜的微观结构,应力状态等.其原理是将外加射束的能量传递给淀积 分子,从而提高分子的迁积率,由于离子质量大,容易将能量交给淀积分子或原子,使得 离子轰击较大地影响薄膜的淀积.在镀膜中应用主要表现在基体清洗促进薄膜生长,增强 膜的强度,改善了膜的附着性.