光學薄膜的真空蒸發技術主要包括濺射法和熱蒸發法,下面我們將詳細了解下關于光學薄膜鍍膜工藝以及方法特點:
濺射法
濺射法最早獲得應用,是使剩余氣體分于在強電場作用下發生電離,電離獲得正離子 在場的作用下向陰極方向作高速運動,擊到陰極表面后把自己的能量傳遞給位于陰極表面上 的濺射靶子.使靶面原子{或分子}淀積在基體上形成所需要的薄膜. 陰極濺射很少用來淀積介質材料。這是由于帶電的離子在基體和靶面的堆積形成屏蔽 電場,從而影響淀積的繼續進行,使淀扭速率慢,效果也差。高頻濺射正是為了克服陰極 濺射這與一缺點而設計.與一般陰極濺射不同,高頻濺射在兩極之間加的是高頻電壓,頻 率一般為 5~30Mhz,這樣在上半周吸附于極面的電荷在下半周時就被釋放,不致形戍電荷 積累而影響淀積,高頻濺射可用來淀積各種電介質材料.這種膜結構緊密,牢固性好,制 備電學膜應用較為廣泛,但均勻性不夠好。厚度控制較為困難,在光學薄膜中應用少,如 果克服上述缺點,可望在克服大功率激光器對薄膜破壞中得到應用。
熱蒸發法
目前,光學薄膜的淀積中用得最多是熱蒸發.它的基本原理是把被蒸發材料加熱到蒸 發溫度,使之揮發淀積到基體形成所需要的膜層.
電阻加熱蒸發
大部分材料,特別是化合物,只能采用間接蒸發,即需要一個盛放并加熱材料的蒸發源.
選擇蒸發源的三個基本要求:蒸發源材料的熔點和蒸氣壓;蒸發源材料與薄膜材料的反應 以及薄膜材料的濕潤性.
最簡單和最常用的方法是用高熔點的材料作為加熱器,它相當于一個電阻,通電后產 生熱量,電阻率隨之增加,當溫度為 1000 度時蒸發源的電阻率為冷卻時的 4~5 倍;在 2000 度時,增加到 10 倍,加熱器產生的焦耳熱就足以使蒸發材料的分子或原子獲得足夠大的動 能而蒸發.
常用的蒸發源材料有石墨,鎢,鉭,鉬,鉑,其中最常用的是鉬片和鎢絲。 電阻加熱法的優點是設備簡單,操作方便,易于實現薄膜淀積過程自動化,但是不能 直接蒸發難溶金屬和高溫介質材料;很難避免蒸發源對膜料污染。
電子柬蒸發
原理是當金屬高溫狀態時,其內部的一部分電于因獲得足夠的能量而選出表面,這就 是所謂熱電子發射,如果施加一定的電埸,則電子在電場中將向陽極方向移動,且電場電 壓越大電子運動速度越快,這樣高速運動的電子流在一定的電磁場作用下,使它聚成細束 并轟擊被鍍材料表面,使動能變成熱能,從而使薄膜材料蒸發。
電子槍的結構有許多形式,目前,廣泛采用磁偏轉 e 形槍,它基本上克服了二次電于的 影響.所謂"e 形",是由于電于軌跡成 e 字形而得名,又被稱為 270 度磁偏轉槍.它由陰極 燈絲,聚焦扳陽極.偏轉磁鐵和無氧鋼水冷坩堝組成
從燈絲發射的熱電子經陰極與陽極間的高壓電場加速并聚焦,由磁場使之偏轉達到坩堝蒸 發材料表面.由于蒸發材料與陽極是分開的,并單獨處于磁場中,故二次電子因受到磁場 的作用而再次發生偏轉,大大減少了向基板發射的幾率,e 形槍的聚焦特性主要塊定于燈絲, 聚焦極和極的相對位置.電子柬偏轉主要取決于高壓和磁場電流的大小. e 形槍有效抑制二次電子,方便的通過改變磁場大小調節束斑位置,而且采用內藏式 陰極,即防止了板間的離子放電,又避免了燈絲污染。
激光蒸發
高能量的激光束透過真空室窗口,使蒸發材料進行加熱,通過聚焦可使激光束功率密 度提高,以便材料蒸發.
激光蒸發的優點是,可蒸發高熔點材料;采用非接觸式加熱熱源置于真空室外減少了 污染,又減化了真空室,非常適于高真空下制備純潔薄膜.且獲得很高的蒸發速率但費用 高,蒸發材料受到限制.
反應蒸發
許多化合物在高溫蒸發過程中會產生分解,例如直接蒸發Al203.Ti02等會產生失氧使吸 收增加,為此宜采用反應蒸發.即在一定的反應氣氛中蒸發金屬或低價化合物,使之在淀 積過程中發生化學反應而生成所需要的高價化合物薄膜。 為了加強反應蒸發中的氧化作 用,離子氧反應蒸發技術受到重視和應用.制備參數必須嚴格控制.如本底真空和充氣真空 或控制充氣流量.
離子鍍
所謂離子鍍,是真空蒸發與濺射兩種技術結合而發展起來的一種新工藝.其優點為: 膜層附著力強,膜層密度高,均勻性好,淀積速率快.主要用于制造高硬度的機械刀具和 耐磨的固體潤滑膜,在金屬和塑料等制品上制造耐久的裝飾膜.目前又發展了低壓反應離 子鍍技術,可獲得表面粗糙度好的薄膜.
離子輔助鍍
它是利用一束離子源,在鍍膜的同時對基體以某種氣體的離子轟擊{如 Ar).改進了薄 膜的性質,改善了薄膜的微觀結構,應力狀態等.其原理是將外加射束的能量傳遞給淀積 分子,從而提高分子的遷積率,由于離子質量大,容易將能量交給淀積分子或原子,使得 離子轟擊較大地影響薄膜的淀積.在鍍膜中應用主要表現在基體清洗促進薄膜生長,增強 膜的強度,改善了膜的附著性.