鍍膜材料基礎(chǔ)知識(shí)ppt課件-wenkub
2023-05-27 13:46:46 本頁(yè)面
【正文】 的吸收大小 .實(shí)驗(yàn)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(jià)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(zhǎng)期暴露與紫外線 ,會(huì)導(dǎo)致波長(zhǎng)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(jiàn)光到紅外線也都是透明的，但不管用電子槍蒸鍍或?yàn)R鍍（用 Ta靶）都比鍍 TiO2穩(wěn)定，但若能取 Ta2O5加 7%Ta當(dāng)起始材料 ,則鍍起來(lái)更穩(wěn)定 .一般用電子槍加離子源輔助鍍膜或?yàn)R射鍍 Ta靶的經(jīng)驗(yàn) ,鍍 Ta2O5膜比 TiO2膜容易得到較小的吸收及散射 ,而膜的沉積速率也快些 .堆積密度近乎為 1,因此常被用來(lái)與 SiO2搭配鍍低散射 ,低吸收的多層膜濾光片及雷射鏡 . 36 Nb2O5 Nb2O5為折射率介于 TiO2與 Ta2O5的高折射率材料 ,在近紫外光到紅外光都是透明的 ,可以濺鍍 Nb靶 ,亦可取Nb2O5用電子槍加離子源輔助鍍膜 ,得到堆積密度近乎為 1的光學(xué)薄膜 .不過(guò)其鍍前材料的預(yù)熔非常重要 ,這種技術(shù)已經(jīng)成熟 .以往很少人用 Nb2O5,今日會(huì)漸為光學(xué)薄膜制鍍者采用與 SiO2搭配鍍多層膜濾光片 . 37 ZrO2 ZrO2是折射率略低于 Ta2O5的氧化膜 ,由于用電子槍蒸鍍很容易得到低折射率 ,起始材料可為 ZrO2也可以為Zr,在近紫外到紅外光區(qū)都是透明的 . 由于其折射率在可見(jiàn)光約為 ,很適合當(dāng)三層抗反射設(shè)計(jì)中的波長(zhǎng)擴(kuò)寬 . 氧化不完整的 ZrOx可用熱阻舟鍍 ,為了節(jié)省鍍膜機(jī)的造價(jià) ,有人不用電子槍而用熱阻舟以與 MgF2搭配鍍等效膜層 .制鍍眼鏡和相機(jī)等抗反射膜 ,第一層先鍍 MgF2,一來(lái)可防止玻璃中的金屬離子與 ZrO2起反應(yīng) ,二來(lái)鍍壞了可以容易脫膜后重新鍍膜 . 38 但 ZrO2的非均勻性比其他材料嚴(yán)重 ,不過(guò)若在其中參雜 ZrTiO4則可大獲改善 ,此混合膜料稱(chēng)之為 Substance1,是 Merck公司的產(chǎn)品 .此公司繼續(xù)開(kāi)發(fā)了 Sub2,蒸發(fā)較為容易 ,若使用離子輔助鍍膜 ,適當(dāng)?shù)碾x子束電壓與電流可使 ZrO2的非均勻性大獲改善 . 39 HfO2 HfO2折射率比 ZrO2略低一點(diǎn)點(diǎn) ,但其透光率涵蓋了紫外 (越 230nm)到遠(yuǎn)紅外光區(qū) (12022nm),是和 SiO2搭配做紫外光區(qū)多層膜的好材料 ,及紅外光區(qū)金屬膜 (如 )的良好的保護(hù)膜 . 其膜的硬度也比其他材料要高 ,并且在波長(zhǎng)為8000nm到 12022nm,高入射角時(shí) ,不會(huì)象 SiO2或 Al2O3膜當(dāng) Al鏡保護(hù)膜時(shí)反射率會(huì)下降很多 .它也是制鍍高功率雷射鏡很好的材料 .鍍 HfO2膜可用 HfO2或 Hf金屬以電子槍蒸發(fā)鍍膜 . 40 Y2O3 Y2O3的折射率約 ,MgO的折射率為 ,此材料需用電子槍蒸鍍 ,在紫外區(qū)及近紅外區(qū)有高的透明度 .用作鋁外面層的保護(hù)膜其極受歡迎 ,特別相對(duì)于 800—12022nm區(qū)域高入射角而言。 31 以電子槍蒸鍍?yōu)槔?，一般都?huì)覺(jué)得充氧量的控制非常重要，由于提 TiO2容易失氧，且會(huì)有不同結(jié)構(gòu)。 26 下表列出了幾種常用金屬膜的光學(xué) ,機(jī)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(jiàn)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(wèn)題 ,常用的反射鏡設(shè)計(jì)為 G/Al2O3+Ag+Al2O3+SiO2+TiO2/ Al2O3是做為增加 Ag附著力的過(guò)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(zhǎng)厚度 ,其等效折射率為 nL,1/4波長(zhǎng)的 TiO2層的折射率為 用 ,一是降低吸收 ,設(shè) Ag在可見(jiàn)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(shí)做為保護(hù)膜使Ag強(qiáng)度顯著提高 . 28 一般氧化膜容易在成膜的時(shí)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(méi)有吸收的氧化膜 ,有時(shí)中性氧尚無(wú)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(shí)對(duì)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(shí)對(duì)改善薄膜品質(zhì)有明顯效果以來(lái) ,使用 IAD時(shí)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(qiáng)調(diào)薄膜的折射率和消光系數(shù)為多少 ,但鍍好一個(gè)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(guò)所列之值也只是個(gè)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(guò)程中的真空度 ,蒸發(fā)速率會(huì)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(jī)械強(qiáng)度好，在可見(jiàn)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(lái)與 SiO2搭配鍍多層膜濾光片的材料?？梢?jiàn)，當(dāng)這些金屬膜的幾何厚度為 100nm左右時(shí)，透射率降低到%。 K越大，透射光強(qiáng)衰減越快，所需的厚度越小。 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(shí)方不會(huì)噴濺，此原則適用于其他氧化物的預(yù)熔）。 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(lái)當(dāng)起始材料。也可用作眼鏡保護(hù)膜。一般顯示器熒幕所需的 ITO膜其 SnO2的含量為 10%,其在可見(jiàn)光區(qū)透明 ,在紅外光區(qū)因自由電子濃度很高而呈現(xiàn)不透光而有導(dǎo)電的效果 ,其折射率及導(dǎo)電率與 Sn2O3的含量及制程有關(guān) ,可以用電子槍加離子源輔助鍍膜或?yàn)R射鍍膜來(lái)完成 .除當(dāng)電極使用外 ,也可當(dāng)防護(hù)電磁輻射 (EMI)的鍍膜 ,其與 SiO2搭配可做成多層抗反射膜供各種銀幕使用 .若基板為含有鈉的玻璃時(shí)要先鍍 SiO2層以防止鈉離子滲入 ITO膜影響其特性 46 上面講的氧化膜 ,如果沒(méi)有用離子源輔助鍍膜 (IAD)基板溫度宜加到 250℃ 300 ℃ 。倘若基板溫度很大或成為塊狀，如棱鏡則不宜加高溫，這是 IAD就顯得更重要了。但冰晶石怕水汽，做好的濾光片必須密封好。 ZnS可用鉭舟或電子槍蒸鍍。兩者皆可用電子槍來(lái)蒸鍍，而 Ge亦可用石墨舟電熱蒸鍍。 用共濺法制備的 TiO2SiO2和 CeO2SiO2膜，折射率均勻，重復(fù)性達(dá) 177。E:電子束 R:反應(yīng)蒸發(fā) 。M中等 。 BeO為劇毒材料，且不易排除，容易積存于人體內(nèi)， PbO及 Sb2O3則屬高毒性材料。),抗激光損傷 (□□□ 強(qiáng) , □□ 中 , □ 弱 ) 應(yīng)力 (T 張應(yīng)力 .C 壓應(yīng)力 ),抗潮性 (1優(yōu) ,2中 ,3差 ) 材料 熔點(diǎn)/℃ 蒸發(fā)溫度/℃ 蒸發(fā)方法 密度 (g/cm3) 折射率 透明區(qū)/μ m 牢固度 Al2O3 2020 2100 B(W),E ( m,40℃) ( m,40℃) H,□□□ ,1 AlOxNy RE,RS ( m) ( m) H,1 AlF3 900 B ( m) S,T,小 Bi2O3 860 1400 R(Pt),RS ( m) (9μ m) FH,1 BiF3 727 300 B(C) E (1μ m) (10μ m) M,C,1 64 材料 熔點(diǎn)/℃ 蒸發(fā)溫度/℃ 蒸發(fā)方法 密度 (g/cm3) 折射率 透
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