薄膜光学第三章.ppt

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镀耐久的装饰膜等。 离子镀的常见类型： 蒸发源：可以是任何一种热蒸发方式。 离化方式：直流辉光放电、高频辉光放电、弧光放电、电子束、热电子型等等。 已形成的实用技术：活化离子镀、空心阴极离子镀和弧源离子镀等。 离子辅助镀 在热蒸发镀膜技术中，增设离子发生器，即离子源，产生离子束，在热蒸发进行的同时，用粒子束轰击正在生长的膜层，形成致密均匀结构（聚集密度接近于1），使膜层的稳定性提高，达到改善膜层的光学和机械性能的目的。 离子辅助的作用 镀前轰击：在镀膜前的0.5~3min，用离子束轰击将要镀膜的零件表面既能清洁待镀膜的表面，又压缩了离子轰击（镀中轰击）时间，更能使离子轰击的作用得到最大程度的发挥。 镀中轰击的作用有以下三个方面： 1）溅射突出岛，消除阴影效应，破坏柱状结构，形成均匀填充生长。 2）膜层粒子受轰击而获得高阈值能的能量时，就可以产生级联碰撞，这样增加原子、分子的迁移率，使膜层粒子间紧密结合，有利于形成致密结构。 3）膜层粒子受离子轰击而获得高阈值能的能量时，其晶格振动加剧，形成局部热峰。当多数粒子均因此而形成局部热峰时，将产生明显的淬火效应。 用于离子辅助镀的离子源：利用气体放电产生等离子体，并能从等离子体中引出离子束。 冷阴极辉光放电离子源：冷阴极二次电子发射维持辉光放电。 特点：1）冷阴极工作寿命长，适用于活性气体；2）结构简单，操作方便；3）放电电压高（400~500V），束流小（10~20 mA），能散度大，束流和能量不能独立调节。 热阴极弧光放电：热阴极电子发射维持弧光放电。 特点：1）热阴极工作寿命短，不适用活性气体；2）结构复杂；3）低工作电压、低放电电压，束流大（数百毫安）能散度小，束流和能量可以独立调节。 等离子体源：可以单源大面积均匀辅助，但辅助效果受等离子源放电功率及其稳定性、工作真空度等因素的影响。 作业题 1. 热蒸发真空镀膜系统主要由哪几个部分组成？ 它们的作用分别是什么？ 2. 淀积技术有哪两种？试比较其特点。 3. 真空区可分成哪几个部分？是按照什么依据划分的？ 4. 简述离子镀的原理，它有哪些特点？ 5. 简述电子束加热的原理，与电加热比较有什么优点？ 教学内容 教学目的和要求 光学镀膜系统的组成及其作用；真空的获得和检测方法；用热蒸发方法制造光学薄膜；用溅射方法制造光学薄膜；离子镀原理和方法。 了解常用光学薄膜的基本设备、原理和方法。 3.1 常用光学真空镀膜系统 获得光学薄膜两种工艺：物理气相沉积和化学液相沉积（CLD） 物理气相沉积（PVD）：在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 主要方法：真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜及分子束外延等。 特点：须在真空下进行，成本高，但膜厚可以精确控制，膜层强度好。 化学液相沉积（CLD）：工艺简单，成本低，但膜层厚度不能控制，膜层强度差，较难获得多层膜且存在水污染问题。 光学真空镀膜机的组成：真空系统、热蒸发系统和膜层厚度控制系统。 什么是真空？ 压强低于一个大气压的任何气态空间。 真空度：表征真空的物理量。实际上是用气体压强来表示的。压强越小，真空度越高。 量度单位：帕斯卡（Pa） 1mmHg=133.3Pa; 1Torr(托)=133.3Pa; 1mbar(毫巴)＝0.75 Torr＝100 Pa 真空的划分 粗真空：＞103Pa；低真空：103～ 10－1 Pa； 高真空：10－1～ 10－6 Pa；超高真空：＜10－6Pa 真空划分的依据 大于103Pa以上的气体性质与常压差不多；其气流特性一气体之间的碰撞为主，压力在103Pa左右气体开始出现导电现象。 10－1 Pa是一般机械泵能达到的极限真空。 10－6 Pa为扩散泵能达到的极限真空。在10－1～ 10－6 Pa区真空特性以气体分子与容器壁碰撞为主。在超高真空区，气体分子在固体上以吸附停留为主，此时测量和获得的工具与高真空区也不一样。 真空系统:真空室、抽真空设备、真空检测设备 真空在薄膜制备中的作用： 1） 减少蒸发分子和残余气体的碰撞； 碰撞引起蒸发气体运动散乱。 2） 抑制它们之间的反应。 蒸发分子和残余气体间的反应影响光学膜的纯度。 蒸发分子和残余气体的碰撞 N0个蒸发分子行进距离d后未受残余气体分子碰撞的数目为 温度和气体种类一定时有：l·P=常数 对于25°C的空气， l·P?0.667（cm·Pa） 被碰撞的百分比 为提高平均自由程，需提高真空度。 例题： 设蒸发源到基板的距离为30cm, 在25?C时,如