真空镀膜工艺参数对于薄膜性能的影响.docxVIP

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图1 不同真空度下TiO2薄膜的透射率曲线真空镀膜工艺参数对于薄膜性能的影响山东北方光学电子有限公司 孔建军薄膜镀制是固态的膜层材文主要介绍利用国产 ZZS900 箱式真空镀膜机制备薄膜的过程, 中可测控的几种工艺参数对薄膜 性质的影响。360C 膜厚控制 图1 不同真空度下TiO2薄膜的透射率曲线 真空镀膜工艺参数 对于薄膜性能的影响 山东北方光学电子有限公司 孔建军 薄膜镀制是固态的膜层材 文主要介绍利用国产 ZZS900 箱 式真空镀膜机制备薄膜的过程, 中可测控的几种工艺参数对薄膜 性质的影响。 360C 膜厚控制 仪,6MHz 石 英 晶 体实时监控薄膜几何厚度、沉积 速率。 真空设备 :现代南光 ZZ S900 型箱式真空镀膜机。 离子源 :中科九章 H10 型霍 尔离子源。 测量设备 :岛 津 U V2450 紫 外可见分光光度计。 料在真空条件下蒸发或 者溅射,经过气相传输, 在基片表面沉积成薄膜。相同的 薄膜设 计,因操作人 员、时 间、 设备、工艺参数等的不同,结果 相差甚大。影响薄膜特性的工艺 参数非常多,但对于这些工艺参 数的测控却非常有限。举例来说, 虽然可以比较准确的测控真空度, 但是目前的设备几乎都无法测控 残余气体的成分,如水气等。本 1 影响薄膜制备的工艺参数 影响真空镀制薄膜的工艺参 数主要有 :真空 度、基片温 度、 沉积速率、离子轰击、基片材料、 膜层材料、蒸发方法、膜料蒸气 分子入射角、后期的烘烤处理等。 笔者通过镀制 TiO2 单层膜, 对主要工艺参数进 行定量分析。 膜料选取 : 膜 料 为 纯 度 为 99.99% 的 TiO2,颗粒度为 1m m ~ 2m m, 熔 点 1850 ℃, 蒸 发 温 度 2000 ℃。 密 度 :3.8 ~ 4.3g/cm3。 反应气体 : 纯度 1.1 真空度的影响 真空度对薄膜性能的影响是 由于气相碰撞后的能量损失和化 学反应而造成的。 首先,真空室中真空度必须 保证剩余气体分子的平均自由程 与蒸发源到基片之间的距离足够 大,以使蒸气分子在从蒸发源到 基片的过程中几乎不被剩余气体 分子所碰撞,从而稳定的在基片 表面形成薄膜。若真空度低,则 蒸气分子碰撞几率增加,蒸气分 子的动能大大减小,致使达不到 基片,或无力冲破基片上的气体 吸附 层,于是便不能形成薄 膜, 或是虽能勉强冲破气体吸附层但 与基片的吸附能力却很小,沉积 的膜层疏松,牢固度差。 笔者通过在 250℃的 K9 基底 上 面,以 Ti3O5 为初始膜 料,改 表 1 反应蒸镀时不同真空度下 TiO2 的折射 率(550nm) 为 99.995% 的高纯氧。 基片材料: K9 玻 璃,折射率 1.51637。 压 强 控 制 : NYZKG- Ⅲ KA 型 压 强控制仪控制。 膜 厚 监 控 : INFICON MDC- 真空度Pa TiO折射率(550nm) 1.0×10 2.38 1.3×10 2.32 1.8×10 2.27 2.0×10 2.25 2.66×10 2.22 图2 不同沉积速率下TiO2薄膜的反射率曲线TECH.DISCUSSION技 术 交 流1.2 沉积速率的影响沉积速率是用来描述薄膜沉 积快慢的工艺参量,以单位时间 内被镀制在表面上形成的膜层厚 度表示,单位为 nm/s 或 ?/s。沉积速率对薄膜反射率产生 一定的影响,在同一真空度条件 下,沉积速率的不同,薄膜的折 图2 不同沉积速率下TiO2薄膜的反射率曲线 TECH. DISCUSSION 技 术 交 流 1.2 沉积速率的影响 沉积速率是用来描述薄膜沉 积快慢的工艺参量,以单位时间 内被镀制在表面上形成的膜层厚 度表示,单位为 nm/s 或 ?/s。 沉积速率对薄膜反射率产生 一定的影响,在同一真空度条件 下,沉积速率的不同,薄膜的折 射率不同。 笔者分别选用电子束蒸发 TiO 膜层出现纵 向生长水印。 从气体 动力学知道, 聚合在高真 空 下,剩余 气体分子仍 是以一定速 度作无规则 的运 动,并 以一定的几 率与基片相 碰 撞,而剩 余气体分子 中又有各种 气体成 分。 这 样,剩余 气体不但会 被基片吸附 -2 和 Ti3O5,在氧压为 1.8×10 Pa 和 300℃基片的条件下镀制得到 TiO2 膜,反射率曲线如图 2 所示, 计 算 TiO2 的 折 射 率(550nm) 与 沉积速率的关系见表 2。 由表 2 可以看出,随着沉积 速率的升高,TiO2 薄膜的折射率也 增加,这是由于沉积速率的升高, TiO2 薄膜填充密度增加的原因。 一般情况下,提高沉积速率 对改善薄膜的光学性能和增强膜 层的牢固度都有一定的意义。如 果沉积速率较低,大多数蒸气分 子从基板返 回,晶核

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