薄膜光学技术-4-1.ppt

第四章光学薄膜制造工艺
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光学薄膜器件的质量要求
薄膜器件光学性能
光学常数(n, k, d)
折射率产生偏差的原因
聚集密度
微观组织物理结构(晶体结构)
膜层化学成分
薄膜器件机械性能
硬度
牢固度—(附着力)
薄膜器件环境稳定性
盐水盐雾、高湿高温、高低温、水浴、酸碱腐蚀
膜层填充密度对膜层质量的影响
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蒸气入射角与柱状结构的生长方向之间的关系:
薄膜聚集密度P:
产生柱状结构的原因:
1. 沉积分子的有限迁移率
2. 已经沉积分子对后继沉积分子的阴影效应
影响薄膜聚集密度的因素:
基底温度;
沉积速率;
真空度;
沉积入射角;
离子轰击。
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热蒸发制备的薄膜柱状结构照片
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影响膜层质量的工艺要素
PVD基本工艺过程:
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影响膜层质量的工艺要素及作用机理
1. 真空度
残余气体分子与膜料分子的碰撞,导致蒸发的膜料分子或原子的能量损失和化学反应,致使膜层聚集密度低,膜层疏松,化学成分不纯,从而使膜层折射率、硬度和不溶性变差。
提高真空度可使膜层的结构得到改善,化学成分变纯,但一般情况下会增大膜层的应力。
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(蒸发速率)
低的沉积速率会导致蒸气分子从基底返回,晶核生长缓慢,结晶只能在大的聚集体上进行,从而导致膜层结构疏松;高的沉积速率下会形成颗粒细小而致密的膜层,膜层散射小,牢固度高。
提高沉积速率的方法:
提高蒸发源温度;
增大蒸发源面积。
沉积速率——单位时间内在被镀基底表面上形成的膜层厚度,单位为nm/s。
速率是动能的又一表征,它对膜层的折射率、牢固度、机械强度、应力、附着力有明显影响。
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基底温度是膜层生长的重要条件之一。它对膜层原子或分子提供额外能量补充,对膜层结构、凝聚系数、膨胀系数和聚集密度起着重要的作用。宏观反映在膜层折射率、散射、应力、附着力、硬度和不溶性都会因基片温度的不同而有较大差异。

(1).冷基底:金属膜或光学塑料基底;
(2).高基底温度的优点:
①使基底表面的残余气体解吸附,增加基底与沉积分子之间的结合力; ②增强分子之间的相互作用,使膜层致密,提高附着力;
(3).基底温度过高,也会使膜层结构变化、膜料分解、不利成膜。
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1). 镀前轰击:使基片表面因离子溅射剥离而再清洁和电活化,提高膜层在基片表面的凝聚系数和附着力;
2).镀中和镀后轰击:提高膜层的聚集密度,促进化学反应,使氧化物膜层的透过率增加,折射率提高,硬度和抗激光损伤阈值提高。


1). 膨胀系数不同热应力;
2). 化学亲和力不同影响膜层附着力和牢固度;
3). 表面粗糙度和缺陷散射的主要来源。
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