改動光(guāng)與光(guāng)學器件相互(hù)作用的光學薄膜隨處可見,而且廣泛運用於各種範疇。例如用於眼鏡和照相機鏡頭外表的寬帶增透膜,用於(yú)軍民兩用激光(guāng)和光纖設備中更為雜亂的增透膜(mó)。修建照明、夜視鏡運用的是光學帶通濾(lǜ)光片技(jì)能,而挑選性地反射不一樣波長光(guāng)的鏡子用於家庭裝潢和影劇院增加(jiā)燈光效果(guǒ)。
Evatec公司的市場部司理Allan Jaunzens在歐(ōu)洲光學網(Optics.org)發文對光學薄膜的真空熱蒸騰和(hé)濺射製備技能進行了總結,並(bìng)對下一代製(zhì)備光學薄膜的新技能進行了展望。現摘譯如下:
傳(chuán)統真空熱蒸騰
真空熱蒸騰(téng)是最早確立且最為廣泛運用的光學薄膜製(zhì)備(bèi)技能,這種製備(bèi)辦法經過加熱薄膜原資料使得原(yuán)子或許分子從(cóng)薄膜原資料中逸出,隨後這些原子或分子在真空室內經過分散抵達(dá)基片,然後澱積在基片上構(gòu)成接連膜。依據(jù)蒸騰薄膜原資料組份的不一樣,真空熱(rè)蒸騰(téng)能夠分為(wéi)熱舟(zhōu)蒸騰、電子束熱蒸騰。運用這種薄膜製備技能,在(zài)不一樣的蒸騰源中(zhōng)放(fàng)入不一樣的(de)資料經過操控蒸(zhēng)騰功率和鍍膜時間(jiān)交替蒸騰原資料,能夠取得滿意規劃請求的多層(céng)膜堆。為取得最好的基底與薄膜的聯係功能和光學(xué)特性,在鍍膜進程中基底一般進行烘烤以及要衝入反響(xiǎng)氣體以取得(dé)滿意化學計量比的薄膜。現在運用真空(kōng)熱蒸(zhēng)騰(téng)技能已能鍍製100層以(yǐ)上的薄膜。
離子輔佐熱蒸騰
因為澱積粒子能(néng)量低(一般0.1-1eV)以及低的外表遷移性,使得傳統熱(rè)蒸(zhēng)騰辦法所製(zhì)備薄膜堆積密度(dù)較低,存在光學和力學方麵的不(bú)安穩性。離子輔佐澱積是在真空熱蒸騰基礎上為改進(jìn)光學薄膜質量(liàng)而發展起來的。它經過運用離子源發生荷能離子炮(pào)擊基片,經(jīng)過動量(liàng)搬運,使澱積粒子取得較大動能,提高澱積粒子的遷移功能,改進傳統熱蒸騰(téng)辦法帶來的空地和陰影效應。取得更高能量澱積粒子的(de)輔佐辦法是等離子體輔佐和離子鍍辦(bàn)法,在這種製備辦法中,蒸騰(téng)資(zī)料自身也被部(bù)別離化,粒子抵達基片外表時具(jù)有很高的動能,到達10eV。運用此辦法製備(bèi)的薄膜,堆積密度高,十分挨近理論上的資料值,當放置在空氣中時,幾乎沒有(yǒu)水吸收。此(cǐ)類(lèi)薄膜還具有高的折射率(lǜ),傑出的附著功能,力學功能和安穩性,當被加(jiā)熱(rè)或放在較濕環境中時,幾乎沒有光譜漂移。但此辦法比較傳統熱蒸騰辦法花費更(gèng)高的本錢。
磁控濺射(shè)
最常用的磁控濺射體係(xì)是反響磁(cí)控濺射,運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,運用強磁場和強電(diàn)場束縛電子運(yùn)動,使得靶外表的作業氣體的發生正(zhèng)電荷等離子(zǐ)體。 因(yīn)為這種電子(zǐ)的磁束縛,增加了帶能電子與作業氣體分子磕碰(pèng)的概率,構成(chéng)了更(gèng)高的離化率。帶電離子在電場中加快衝擊靶(bǎ)才外表,在這種炮擊進程中,荷能粒子將動量傳遞靶材中的粒子(zǐ),使得靶材粒子(zǐ)彈射出(chū)固體外(wài)表。這個進程與加熱致使的蒸騰進程截然不一樣。濺射出來的粒子一般為中性,因而,不受到靶外表電磁場的束縛,而經過在真空室(shì)的運動到(dào)基(jī)底外表(biǎo),並在適宜的方(fāng)位上凝結成薄膜。真空(kōng)中的運動(dòng)長度一般是(shì)40~100毫米。這個堆積進程一般也是反響進程,需要向真空室(shì)中充入摻雜氣體,如氧氣。
在曩昔十年,因為電源技能和進程操控技(jì)能的發展,磁控濺射技能在光學薄膜範疇(chóu)取得了十分廣泛(fàn)的運用。今日,大規模出產中運用反響磁控濺射技能取得的光譜操控精度優於正負1%,一起,該技能能夠取得極高的產率和重複性(xìng)。
因為堆積粒子具有很高的動能(néng)和移動(dòng)性,運用磁控濺射技能製備薄膜具有構造細密、安穩的薄膜,能(néng)夠取得優良的機械功能(néng)和光學安穩性,這(zhè)使得磁控濺射技能變成許多薄膜製備需要的首選技能。靶與基底方位聯係有立式和水(shuǐ)平式兩種(zhǒng)挑選,這也為磁控濺射體係的規劃帶來了便當。磁控濺射技能(néng)一般不需要(yào)額定的加熱體係。 其缺點是,隻能在平的基底上堆積均勻(yún)的薄膜,且(qiě)前期投資很高。
離(lí)子束濺射
離子束濺射澱積是一種高能薄膜製備技能(néng),它運用獨(dú)立的離子源(yuán)發生(shēng)離子束炮擊靶材實(shí)施濺射澱積。激光陀螺儀用鏡片(piàn)嚴苛的背散射請求需要十分優質的薄膜外表質(zhì)量,離子束濺射澱積技能初始即是為了製備高質量的(de)激光陀螺儀用(yòng)鏡片而發展起來的。
離子束濺射澱積技能(néng)雖然澱積速率相對較低(dī),但(dàn)其挨近20eV的高能澱積粒子有助於膜的構成(chéng),比較(jiào)於其它薄膜製(zhì)備技(jì)能,膜層能夠取得(dé)最(zuì)好的機械、光學功能,從而使其(qí)傾向於運(yùn)用在一些對薄膜請求十分嚴苛的(de)範疇。
下一代技能
高(gāo)功率脈衝磁控濺射(HIPIMS或HPPMS)是一種新式磁(cí)控濺射技能,它能在50~200微秒的時間內發生kW/cm2量級的超高能脈(mò)衝,其重(chóng)複頻率能夠到達(dá)100Hz以上。靶電流密度能到(dào)達A/cm2量級,這將大大提高濺射原子的離化率。已經有許多報道聲稱他們運(yùn)用這種技能取(qǔ)得了(le)附著(zhe)力和耐(nài)磨才能極好的無缺(quē)點薄膜。這些薄膜能夠運用高(gāo)溫腐蝕環境,包括航空航天技能中。
更深化的了(le)解薄膜的構造與性質之間的聯(lián)係(xì)是開(kāi)發和運用這些(xiē)薄膜技能的要害的地方(fāng)。