《光学加工工艺》第四讲真空镀膜技术.ppt

二氧化锆ZrO2： 具有较高的折射率，易于得到低吸收的薄膜，膜层十分牢固稳定。短波250nm处消光系数为0.001，可作为紫外材料。 具有明显的负折射率不均匀性，采用ZrO2中掺入某种金属或氧化物（30％Ta金属＋70％ZrO2）可以消除折射率不均匀性。 具有很大的张应力，使ZrO2-SiO2多层膜处于高应力状态。 二氧化硅SiO2： ? 唯一的分解小的低折射率氧化物，其折射率为1.46，透明区从真空紫外到中波红外（0.18~8um）。吸收很小，膜层牢固，耐磨耐腐蚀。 ? 结构精细，呈网状玻璃态，散射吸收小，保护能力强。 ? SiO2在高温蒸发时，也会分解生成低价氧化物SiO，Si2O3。 三种硅氧化物的吸收带位置： ?SiO 10.0~10.2um; Si2O3 9.6~9.8um SiO2 9.0~9.5um和12.5um. ? 红外波段0.76~50um，能够使用的材料很有限。 ? 介质材料的禁带宽度很大，大部分仅在可见光和近红外区透明，在中红外波段就出现长波晶格振动吸收带；金属卤化物的晶格振动吸收带相应的波长较长，但普遍易吸潮。 ? 半导体材料或其化合物禁带宽度窄，短波吸收限较长，折射率高。限制他们在长波使用的是杂质吸收和自由载流子吸收，特别是自由载流子吸收和波长平方成正比。要求半导体材料具有尽可能高的纯度和低的自由载流子浓度。 常用的红外介质材料有ZnS、ZnSe。 3、红外薄膜材料 ? 在400－200nm的近紫外区，高折射率如：HfO2、ZrO2， 中等折射率MgO、Al2O3；低折射率：SiO2、MgF2、LiF等。 ? 在小于200nm的真空紫外，只有少量的低折射率材料，没有高折射率材料。常采用Al-MgF2（或LiF3）制备100～200nm紫外反射镜。 4、紫外薄膜材料 五、操作流程 真空镀膜技术 一、简介 光学薄膜可以采用物理气相沉积（ PVD）技术和化学液相沉积（CLD）两种工艺来获得。 PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。 二、真空系统的基本知识 热蒸发工艺过程： 加热使膜料汽化蒸发后，喷涂在放置在工件架上的零件表面。 大气PVD存在的问题： 常温常压下，空气分子的密度为1.28E-3g/cm3，每克气体分子含分子个数是2.08E+22个，气体分子间的距离是3.34E-6mm，气体分子的空间密度为2.68E+16个／mm3，因而，空气中活性气体分子与膜层、膜料、蒸发器反应，空气分子进入膜层成为杂质。常压时，气体分子密度太高，蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。 真空PVD的优点： 真空是压强小于101.325kPa(1个大气压)的气体状态。PVD需要的 真空条件应能够保证：气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离；被镀膜层材料容易蒸发(高真空条件下，膜料蒸发温度大幅下降)；容易获得高纯膜，膜层坚硬，成膜速度快。 真空的定义： ? 真空是压力低于一个大气压的任何气态空间。一般采用真空度来表示真空的高低。 真空度的单位： ? 真空度以压强为单位来度量，压强高表示真空度低。压强低标识真空度高。 ?真空度的国际单位是帕斯卡简称帕（Pa）。 ?毫米汞柱（mmHg）：1mmHg＝133.3Pa ?托（Torr）：1Torr＝1/760atm=133.3Pa ?巴（Bar）：1Bar＝105Pa ? 气体分子之间相邻两次碰撞的距离，其统计平均值为平均自由程。? PVD所需真空度的基本确定原则是“气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离”。 d=25cm,P<=2.7×E-3Pa d=50cm,P<=1.3×E-3Pa d=90cm,P<=7.4×E-4Pa 可见对于大的真空室，真空度的要求更高。 平均自由程 真空区域的划分 目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空 真空获得—真空泵 1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。 原理：当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。 真空泵的分类 气体传输泵: 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外 以达到抽气目的的真空泵，例如旋片 机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。 气体捕集泵: 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝