改動(dòng)光與光學(xué)器件相互作用的光學(xué)薄膜隨處可見(jiàn),而且廣泛運(yùn)用于各種范疇。例如用于眼鏡和照相機(jī)鏡頭外表的寬帶增透膜,用于軍民兩用激光和光纖設(shè)備中更為雜亂的增透膜。修建照明、夜視鏡運(yùn)用的是光學(xué)帶通濾光片技能,而挑選性地反射不一樣波長(zhǎng)光的鏡子用于家庭裝潢和影劇院增加燈光效果。
Evatec公司的市場(chǎng)部司理Allan Jaunzens在歐洲光學(xué)網(wǎng)(Optics.org)發(fā)文對(duì)光學(xué)薄膜的真空熱蒸騰和濺射制備技能進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)下一代制備光學(xué)薄膜的新技能進(jìn)行了展望?,F(xiàn)摘譯如下:
傳統(tǒng)真空熱蒸騰
真空熱蒸騰是最早確立且最為廣泛運(yùn)用的光學(xué)薄膜制備技能,這種制備辦法經(jīng)過(guò)加熱薄膜原資料使得原子或許分子從薄膜原資料中逸出,隨后這些原子或分子在真空室內(nèi)經(jīng)過(guò)分散抵達(dá)基片,然后淀積在基片上構(gòu)成接連膜。依據(jù)蒸騰薄膜原資料組份的不一樣,真空熱蒸騰能夠分為熱舟蒸騰、電子束熱蒸騰。運(yùn)用這種薄膜制備技能,在不一樣的蒸騰源中放入不一樣的資料經(jīng)過(guò)操控蒸騰功率和鍍膜時(shí)間交替蒸騰原資料,能夠取得滿意規(guī)劃請(qǐng)求的多層膜堆。為取得最好的基底與薄膜的聯(lián)系功能和光學(xué)特性,在鍍膜進(jìn)程中基底一般進(jìn)行烘烤以及要沖入反響氣體以取得滿意化學(xué)計(jì)量比的薄膜?,F(xiàn)在運(yùn)用真空熱蒸騰技能已能鍍制100層以上的薄膜。
離子輔佐熱蒸騰
因?yàn)榈矸e粒子能量低(一般0.1-1eV)以及低的外表遷移性,使得傳統(tǒng)熱蒸騰辦法所制備薄膜堆積密度較低,存在光學(xué)和力學(xué)方面的不安穩(wěn)性。離子輔佐淀積是在真空熱蒸騰基礎(chǔ)上為改進(jìn)光學(xué)薄膜質(zhì)量而發(fā)展起來(lái)的。它經(jīng)過(guò)運(yùn)用離子源發(fā)生荷能離子炮擊基片,經(jīng)過(guò)動(dòng)量搬運(yùn),使淀積粒子取得較大動(dòng)能,提高淀積粒子的遷移功能,改進(jìn)傳統(tǒng)熱蒸騰辦法帶來(lái)的空地和陰影效應(yīng)。取得更高能量淀積粒子的輔佐辦法是等離子體輔佐和離子鍍辦法,在這種制備辦法中,蒸騰資料自身也被部別離化,粒子抵達(dá)基片外表時(shí)具有很高的動(dòng)能,到達(dá)10eV。運(yùn)用此辦法制備的薄膜,堆積密度高,十分挨近理論上的資料值,當(dāng)放置在空氣中時(shí),幾乎沒(méi)有水吸收。此類(lèi)薄膜還具有高的折射率,杰出的附著功能,力學(xué)功能和安穩(wěn)性,當(dāng)被加熱或放在較濕環(huán)境中時(shí),幾乎沒(méi)有光譜漂移。但此辦法比較傳統(tǒng)熱蒸騰辦法花費(fèi)更高的本錢(qián)。
磁控濺射
最常用的磁控濺射體系是反響磁控濺射,運(yùn)用所需薄膜資料的源作為靶材,放置在真空室內(nèi)。在靶材外表,運(yùn)用強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)束縛電子運(yùn)動(dòng),使得靶外表的作業(yè)氣體的發(fā)生正電荷等離子體。 因?yàn)檫@種電子的磁束縛,增加了帶能電子與作業(yè)氣體分子磕碰的概率,構(gòu)成了更高的離化率。帶電離子在電場(chǎng)中加快沖擊靶才外表,在這種炮擊進(jìn)程中,荷能粒子將動(dòng)量傳遞靶材中的粒子,使得靶材粒子彈射出固體外表。這個(gè)進(jìn)程與加熱致使的蒸騰進(jìn)程截然不一樣。濺射出來(lái)的粒子一般為中性,因而,不受到靶外表電磁場(chǎng)的束縛,而經(jīng)過(guò)在真空室的運(yùn)動(dòng)到基底外表,并在適宜的方位上凝結(jié)成薄膜。真空中的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度一般是40~100毫米。這個(gè)堆積進(jìn)程一般也是反響進(jìn)程,需要向真空室中充入摻雜氣體,如氧氣。
在曩昔十年,因?yàn)殡娫醇寄芎瓦M(jìn)程操控技能的發(fā)展,磁控濺射技能在光學(xué)薄膜范疇取得了十分廣泛的運(yùn)用。今日,大規(guī)模出產(chǎn)中運(yùn)用反響磁控濺射技能取得的光譜操控精度優(yōu)于正負(fù)1%,一起,該技能能夠取得極高的產(chǎn)率和重復(fù)性。
因?yàn)槎逊e粒子具有很高的動(dòng)能和移動(dòng)性,運(yùn)用磁控濺射技能制備薄膜具有構(gòu)造細(xì)密、安穩(wěn)的薄膜,能夠取得優(yōu)良的機(jī)械功能和光學(xué)安穩(wěn)性,這使得磁控濺射技能變成許多薄膜制備需要的首選技能。靶與基底方位聯(lián)系有立式和水平式兩種挑選,這也為磁控濺射體系的規(guī)劃帶來(lái)了便當(dāng)。磁控濺射技能一般不需要額定的加熱體系。 其缺點(diǎn)是,只能在平的基底上堆積均勻的薄膜,且前期投資很高。
離子束濺射
離子束濺射淀積是一種高能薄膜制備技能,它運(yùn)用獨(dú)立的離子源發(fā)生離子束炮擊靶材實(shí)施濺射淀積。激光陀螺儀用鏡片嚴(yán)苛的背散射請(qǐng)求需要十分優(yōu)質(zhì)的薄膜外表質(zhì)量,離子束濺射淀積技能初始即是為了制備高質(zhì)量的激光陀螺儀用鏡片而發(fā)展起來(lái)的。
離子束濺射淀積技能雖然淀積速率相對(duì)較低,但其挨近20eV的高能淀積粒子有助于膜的構(gòu)成,比較于其它薄膜制備技能,膜層能夠取得最好的機(jī)械、光學(xué)功能,從而使其傾向于運(yùn)用在一些對(duì)薄膜請(qǐng)求十分嚴(yán)苛的范疇。
下一代技能
高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS或HPPMS)是一種新式磁控濺射技能,它能在50~200微秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)生kW/cm2量級(jí)的超高能脈沖,其重復(fù)頻率能夠到達(dá)100Hz以上。靶電流密度能到達(dá)A/cm2量級(jí),這將大大提高濺射原子的離化率。已經(jīng)有許多報(bào)道聲稱(chēng)他們運(yùn)用這種技能取得了附著力和耐磨才能極好的無(wú)缺點(diǎn)薄膜。這些薄膜能夠運(yùn)用高溫腐蝕環(huán)境,包括航空航天技能中。
更深化的了解薄膜的構(gòu)造與性質(zhì)之間的聯(lián)系是開(kāi)發(fā)和運(yùn)用這些薄膜技能的要害的地方。