【正文】 著力降低 ,甚至脫膜 . 一般成品需能在 48℃ 溫度下承受 95%的相對濕度 24個小時的測試才算合格 .由于使用環(huán)境不同 ,有時除了水汽之外 ,其他氣體如 H2S,SO2及鹽霧侵蝕的測試也有必要 . 21 有的化學(xué)變化會來自薄膜材料與基板本身 ,例如含有PbO的玻璃基板鍍上 La2O3則會起化學(xué)變化產(chǎn)生具有吸收性的金屬鉛．此時會在鍍前先鍍一層 SiO2當(dāng)隔離層． 這種方法同樣適用在鍍透明導(dǎo)電膜 ITO上，以確保不會有鈉滲入 ITO，而使透明度及導(dǎo)電性不變差． 當(dāng)然，膜層與膜層間的化學(xué)變化也應(yīng)避免，也就是說材質(zhì)的匹配化學(xué)性亦是考慮因數(shù)之一． 22 １ .１ .8：輻射能量的承受 置于太空中的薄膜若是暴露在外，例如人造衛(wèi)星的光學(xué)系統(tǒng)，要經(jīng)得起紫外線，高能電子及粒子的輻射． 隨著雷射的發(fā)展，膜層必須承受德起強烈雷射光的照射．尤其雷射鏡本身，因此雷射輻射閾值的要求會越來越高． 要有高的閾值需要注意到材質(zhì)的預(yù)處理，基板的清潔，蒸鍍的環(huán)境，低蒸鍍角度，蒸鍍方法（至今的實驗顯示熱阻舟比電子槍蒸鍍有較高的輻射閾值，而離子濺鍍比電子蒸鍍的輻射閾值低）以及高低折射率材料的匹配．一般來講，低折射率材料比高折射率材料有較高的閾值．因此若上述注意事項已經(jīng)無法再改進時，可將膜層厚度做適度的調(diào)整亦可使閾值再提高一級． 23 １ .2：常用光學(xué)薄膜的制鍍與特性 薄膜的特性和制鍍所用的起始材料 ,制鍍方法 ,蒸鍍角度 ,膜的沉積速率 ,真空度 ,真空中水汽及氧氣氣體含量 ,基板溫度 ,甚至鍍膜機的形狀 ,基板特性及基板的清潔狀況等等都有關(guān)系 . 因此為簡單而不失明確 ,以下述為如何鍍好該膜為原則來說明薄膜的特性 . 首先陳述常用的金屬膜料 ,然后是氧化物 (因氧化物膜堅固穩(wěn)定 ,唯其熔點高 ,但有電子槍后熔點高已不是問題 ,所以若無其他原因 ,今日鍍膜工作者較喜歡用之 ),接著再陳述常用的氟化物及其他材料 . 24 鋁 (Al),銀 (Ag),金 (Au)等是應(yīng)用很廣的幾種金屬材料 .它們具有反射率高 ,截至帶寬 ,中性好和偏振效應(yīng)小等優(yōu)點 .缺點是它們的吸收稍大 ,機械強度較低 . ：金屬 25 在真空紫外區(qū) ,金屬膜的 n和 k都很小 ,反射率非常低 .帶內(nèi)躍遷主要出現(xiàn)在小于某一波長的區(qū)域內(nèi) .對金和銅 ,這個波長位于可見光區(qū) ,銀位于紫外光區(qū) ,而其他很多金屬位于紅外區(qū) .在紅外區(qū) ,因帶外躍遷占優(yōu)勢而使 n和 k增加 ,結(jié)果反射率增大 . 對 Al和 Ag膜，可見光區(qū)的 k大約為 37?？梢?，當(dāng)這些金屬膜的幾何厚度為 100nm左右時，透射率降低到%。 K越大，透射光強衰減越快，所需的厚度越小。在紅外區(qū)，由于 k值迅速增大，膜厚仍保持與可見光區(qū)相同甚至可以更薄。過大的厚度，金屬膜的反射率非但不會提高，甚至反而下降，這是因為膜層顆粒度變粗導(dǎo)致散射增加。 26 下表列出了幾種常用金屬膜的光學(xué) ,機械特性和制備工藝要素 . 特性 Al Ag Au 反射率 紫外區(qū) 優(yōu) 差 差 可見區(qū) 中 優(yōu) 差 紅外區(qū) 接近于 Ag 優(yōu) 接近于 Ag 硬度 優(yōu) 差 差 附著力 優(yōu) 差 差 穩(wěn)定性 中 差 優(yōu) 制備工藝 高的真空度 高的真空度 高的真空度 低基板溫度 低基板溫度 可高基板溫度 快蒸發(fā) 快蒸發(fā) 適當(dāng)蒸發(fā)速率 27 可以看出 ,金屬膜不但吸收較大 ,而且膜層牢固性較差 ,為了緩解這些問題 ,常用的反射鏡設(shè)計為 G/Al2O3+Ag+Al2O3+SiO2+TiO2/ Al2O3是做為增加 Ag附著力的過渡層 ,第二層 Al2O3和 SiO2連同Ag的位相超前一起合成等效 1/4波長厚度 ,其等效折射率為 nL,1/4波長的 TiO2層的折射率為 用 ,一是降低吸收 ,設(shè) Ag在可見光區(qū)的吸收為 3%,鍍上 nL和 nH后 ,吸收降低了 nH^2/nL^2倍 ,于是反射率提高到近乎 99%.二是增加牢固度 ,SiO2和 TiO2同時做為保護膜使Ag強度顯著提高 . 28 一般氧化膜容易在成膜的時候失氧 ,因此不論用電子槍蒸鍍或用各種濺鍍方法都需要充氧以使其形成沒有吸收的氧化膜 ,有時中性氧尚無法成為完整的氧化膜以致有些吸收 ,必須設(shè)法使氧游離 .例如在利用離子助鍍法時對離子源中充氧 . 任何薄膜材料的折射率 n及消光系數(shù) k于蒸鍍條件有關(guān) ,自離子輔助鍍膜 (IAD)被證實對改善薄膜品質(zhì)有明顯效果以來 ,使用 IAD時其離子束電壓 ,離子束電流密度和蒸發(fā)速率與基板溫度的搭配值必須注意 . ：氧化物 29 下面講的不強調(diào)薄膜的折射率和消光系數(shù)為多少 ,但鍍好一個膜其 k值必須小到吸收值可以忽略 ,至于 n值可參考表格所列 ,不過所列之值也只是個參考值而已 ,亦即表示 n值依鍍膜條件而定 ,并非一固定值 . 首先要找到好的起始材料或準(zhǔn)備好穩(wěn)定的起始材料 ,如此在鍍膜過程中的真空度 ,蒸發(fā)速率會比較穩(wěn)定 ,因此膜的光學(xué)常數(shù)也較為穩(wěn)定 ,以下由折射率最高的氧化膜談起 . 30 TiO2 TiO2的折射率高 (約 )，機械強度好，在可見光到近紅外光都是透明的，且其折射率很高，因此是大家最常用來與 SiO2搭配鍍多層膜濾光片的材料。 一般用電子槍蒸鍍的人，取 TiO2顆粒預(yù)熔成塊后蒸鍍（預(yù)熔電流需大于蒸鍍的電流，如此鍍膜時方不會噴濺，此原則適用于其他氧化物的預(yù)熔）。若用熱阻蒸，則需取 TiO當(dāng)起始材料蒸鍍（因 TiO熔點較 TiO2及 Ti都低）。若采用濺鍍法，則取高純度的 Ti當(dāng)靶材，通常以充氧氣來鍍膜。 31 以電子槍蒸鍍?yōu)槔?，一般都會覺得充氧量的控制非常重要，由于提 TiO2容易失氧，且會有不同結(jié)構(gòu)。 因此為了得到完整的 TiO2膜，起始材料以 Ti3O5為最好，若用離子助鍍，則 Ti3O5中要加少量的 Ti4O7來當(dāng)起始材料。 若去檢測預(yù)熔良好的 TiO2，可發(fā)現(xiàn)坩堝上的膜料含有大量的 Ti2O3和 Ti3O5. 32 TiO2材料在真空中加熱蒸發(fā)時因分解而是失氧，形成高吸收的亞氧化鈦薄膜 TinO2n1(n=1…10), 故常采用濺射技術(shù)。 在離子氧中蒸發(fā)低價氧化物 TiO,Ti2O3和 Ti3O5獲得了優(yōu)良的 TiO2膜。 TiO的熔點既低于金屬鈦 ,又低于 TiO2,可以用電子束或者鎢舟進行蒸發(fā) .由于 TiO嚴(yán)重缺氧 ,所以需在較高的氣壓 (3*103pa)和較低的蒸發(fā)速率 ()下沉積 . 采用電子衍射確定不同基板溫度下多晶 TiO2膜的結(jié)構(gòu)表明 :當(dāng)基板溫度 Ts380℃ 呈金紅石 ,膜層折射率增加 ,吸收增大 .在中性氧中制備的 TiO2膜 ,其消光系數(shù)比離子氧中得到的高 10倍左右 . 33 Ti2O3的熱性質(zhì)比較穩(wěn)定 ,蒸發(fā)過程中吸氧作用很強 .通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù) ,不難獲得折射率 — TiO2膜 .由于它的缺氧情況比 TiO要好 ,所以蒸發(fā)速率可以適當(dāng)提高 (約 ).Ti2O3做初始材料時 ,在中性氧的吸收要比 TiO高得多 .在離子氧中蒸發(fā)時 ,其吸收強烈地依賴于基板溫度 .在室溫下則得到于 TiO一樣的吸收 . 用質(zhì)譜儀分析了 TiO,Ti2O3,Ti3O5,和 TiO2做為初始材料的蒸汽組分發(fā)現(xiàn) ,初始膜料 TiO和 Ti2O3隨著蒸發(fā)量增加 ,氧含量增加 ,折射率降低 .TiO2則氧含量減少 ,折射率升高 .唯有 Ti3O5氧含量不變 ,能夠得到穩(wěn)定的折射率 . 34 綜上所述 ,不論采用何種初始材料 ,都得不到純的 TiO2膜 ,其氧化程度直接決定了膜層的吸收大小 .實驗表明 :TiO2膜的吸收和折射率均隨著基板溫度和蒸發(fā)速率的升高而增加 ,隨著氧氣壓的升高而降低 .在空氣中加熱處理能有效地減少膜內(nèi)的低價氧化物 ,TiO2,Ti2O3和 Ti3O5轉(zhuǎn)變成 TiO2的溫度分別為 200 ℃ ,250350 ℃ 和大于 350 ℃ .此外 .TiO2膜中摻雜一定量的 Ta2O5等 ,也可使吸收降低 .TiO2膜長期暴露與紫外線 ,會導(dǎo)致波長小于 450nm的短波區(qū)吸收增加 . 35 Ta2O5 Ta2O5也是常用的高折射率材料，在可見光到紅外線也都是透明的，但不管用電子槍蒸鍍或濺鍍（用 Ta靶）都比鍍 TiO2穩(wěn)定，