【正文】 ,在 550nm時為. ThF4透明區(qū)為 220nm— 15000nm,可用鉭舟蒸鍍 ,折射率約為 ,膜性相當優(yōu)異 ,適合當紫外到紅外光的搭配膜層 ,可惜 Th為放射性元素 ,近來已較少人用它了 . 51 MgF2為最常用的氟化物 ,原因是它在基板加熱到250 ℃ 以上后膜質(zhì)變硬 ,耐擦 ,透光區(qū)為 140nm— ,很適合做單層抗反射膜 ,也適合與其他材料搭配當?shù)驼凵渎誓碜龆鄬訛V光片 ,鍍MgF2可用鉭舟或電子槍蒸鍍 ,它略熔解后即會蒸發(fā) ,蒸鍍時有時會噴濺 ,其原因是材料部分 (尤其表面或靠近周邊與外物相接 )變成了 MgO,MgO熔點比 MgF2高 ,MgF2蒸發(fā)時會把 MgO噴出 .防止之道是要保持干凈 ,高溫時不要放氧氣或空氣 ,材料要純 MgF2,顆粒不要太小 ,若鍍后材料邊會有白霧要刮掉 . 52 LiF與 AlF3折射率比 MgF2略低些 ,193nm的折射率以鉬熱阻舟或鉭舟蒸鍍 ,基板溫度 250 ℃ 時 ,AlF3為,MgF2為 ,在紫外光區(qū)皆有高的透明度 ,透明區(qū)為110nm— 7000nm,是紫外光區(qū)很重要的低折射率材料 ,但易潮解 . Na3AlF6(冰晶石 )與 Na5Al3F14特性相似 ,折射率約為 ,透光區(qū)在 130nm14000nm,可用鉭舟蒸鍍 .長久以來至今 ,很多人將其與 ZnS搭配做成多種濾光片 ,原因一是兩個折射率高低差很大 ,設(shè)計上可少做幾層 ,二是兩者一為張應力 ,一為壓應力 ,最后的濾光片應力很小 ,唯一要注意的是兩者都很怕水汽 ,因此鍍好的濾光片要密封好 . 53 CaF2是屬于低折射率材料 ,基板 250 ℃ 時 ,波長在193nm的折射率為 ,透光區(qū)在 150nm12022nm,因此是深紫外光區(qū)鍍多層濾光片或抗反射膜的低折射率材料 ,可用鉬舟或鉭舟來蒸鍍 .晶體的 CaF2一般用來當做深紫外光基板 (透鏡 ),折射率在 193nm時為 ,但有雙折射問題 . 以上所述的氟化物膜的缺點是軟而不牢 ,有人試圖以離子輔助改善 ,但不是每一種都能成功 ,因為氟化物化學性不像氧化物那么不易被分解 ,因此蒸鍍方法 (熱阻舟比電子槍好 ),條件及離子束的參數(shù)都有待進一步研究 . 54 Si和 Ge為半導體材料 ,折射率分別為 (Ge膜的折射率比其塊狀的要高 ,透明區(qū)分別在 1100—14000nm及 170025000nm,主要用來和 ZnS，ZnSe,ThF4等低折射率材料搭配來做紅外區(qū)的濾光片。因半導體能階較小，蒸發(fā)后溫度不宜太高，否則電子躍進產(chǎn)生過多自由載子而降低透明度，一般鍍 Ge時基板溫度在 150 ℃ 以下 ,這也是鍍 ZnS的需要 . 55 PbTe為紅外光區(qū)重要的高折射率材料 ,折射率約為,一般和 ZnS或 ZnSe搭配來制作 8000nm以上的各種濾光片 ,可用鉭舟蒸鍍 ,蒸鍍時不可過熱否則成分會分解而造成長波段的吸收 ,同時為了求低吸收 ,蒸鍍時基板溫度為 250 ℃ ,但若配合 ZnS,則基板溫度只能加熱到 150 ℃ 56 綜上所述 ,我們可看出紫外光區(qū)較缺少高折射率材料 ,可見光區(qū)較缺少中間折射率材料 ,至于紅外光區(qū)則較缺少低折射率材料 . 紅外光區(qū)因 PbTe,Ge 等折射率很高 ,所以可取 ZnS當?shù)驼凵渎什牧蟻碛?.紫外光區(qū)具良好透明度的材料以氟化物為主 ,HfO2是勉強可用到 220nm的高折射率材料 ,隨著光電元件和半導體元件越做越小 ,制程中所使用的投光鏡頭被要求用于波長較段的 ArF準分子雷射 (193nm),甚至要求用波長更短的 F2雷射 (157nm),故鏡頭鍍膜所需的高折射率材料是一個大問題 . 57 可見光區(qū)缺少中間折射率材料的問題比紫外光區(qū)的問題好解決 ,因為取折射率高低兩種材料來混合制鍍中間折射率材料的技術(shù)已相當成熟 ,且已有商品以顆粒狀出售 ,例如 :TiO2+La2O3(n=),Ta2O5+Al2O3(n=),ZrO2+Al2O3(n=),再者利用 Si 制成 SiOxNy調(diào)節(jié)不同 x,y，使可鍍出不同中間折射率值的膜。 58 :金屬膜與介質(zhì)膜的比較 下表列出了金屬膜與介質(zhì)膜的理想性質(zhì) .實際的材料或多或少地會偏離這些理想材料 ,如介質(zhì)有一定的消光系數(shù) k,而金屬也有一定的實數(shù)折射率 n. 金屬膜 應用 介質(zhì)膜 應用 Kλ 利用其反射率高 ,截至帶寬 ,偏振小 ,制備簡單 ,在反射鏡 ,誘導透射濾光片和消偏振薄膜等場合廣泛應用 K=0 利用其吸收小 ,選擇性反射 ,設(shè)計參數(shù)多 ,膜層強度高等特點 ,在低損耗 ,高反射膜 ,高透射帶通濾光片 ,截止濾光片以及各種復雜膜系方面廣泛應用 R隨著 λ 增加而增大 T隨著 λ 增加而增大 高的損耗 低的損耗 較厚膜無干涉效應 具有干涉效應 59 介質(zhì)膜具有干涉效應 ,具有隨波長或厚度的變化而呈現(xiàn)周期性變化的性質(zhì) .位相厚度 δ=2πnd/λ是一個重要的量 ,隨著 λ增加 , δ變小 .因為 n變化很小 ,所以長波區(qū)域薄膜的特性比短波區(qū)域有所減弱 . 金屬膜不具有任何周期性的性質(zhì) ,它的折射率很小 ,它的反射率簡單地與位相厚度 δ和 k一起增加而減小 .由于δ基本上是恒定的 ,而 k隨著 λ的增大而增加 ,因此金屬膜的性質(zhì)與 λ有著更大的相關(guān)性 ,且長波區(qū)域的特性比短波區(qū)域有所增強 . 60 :任意折射率膜料的獲得 計算機優(yōu)化設(shè)計的膜系 ,常常折射率和厚度都是任意的 .為得到任意折射率薄膜 ,可以采用混合膜 ,等效膜和合成膜等方法 .雖然通過改變 Ti,Si等金屬氧化物制備時的氧化度 ,基板溫度和蒸發(fā)速率等 ,可望改變其折射率 ,但是可調(diào)節(jié)的相對折射率最大不超過 20%. 在可見光區(qū) ,氧化鈦和氧化硅的折射率變化范圍為 非常難于控制 . 61 混合膜膜法可以包括氣相混合和固相混合兩種 .所謂氣相混合 ,就是用幾個蒸發(fā)源同時蒸發(fā)幾種不同折射率的材料 ,控制其各自的蒸發(fā)速率而得到期望的中間折射率值 .這種方法的主要困難是需要同時控制幾個蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率 .在制作半導體化合物的薄膜時 ,需要同時控制兩個蒸發(fā)源和基板的溫度 ,所以稱為二源蒸發(fā)為三溫度法 . 固相混合就是將兩種或兩種以上的材料按比例預先混合 ,然后用同一蒸發(fā)源進行蒸發(fā) .隨著混合材料的比例不同可調(diào)節(jié)所需的折射率值 .這種方法的材料蒸汽壓差異對膜的成分影響很大 ,只有在一定的蒸發(fā)溫度下 ,混合材料才能按比例蒸發(fā) . 62 值得指出的是 ,混合膜在薄膜制備中的應用不僅可以獲得任意折射率 ,而且可以改善膜層的特性 . 例如 ,在 ZrO2中摻入百分克分子濃度為 46的 MgO或21的 SiO2后 ,得到了無定形結(jié)構(gòu)的薄膜 ,使散射降低 . 在 TiO2膜中摻入 Ta2O5等其他氧化物 ,可促進氧化 ,減少薄膜吸收 . 在 MgF2中摻入 12%的 CaF2或 %的 MgF2膜的應力降低一半 . 在 ZrO2中摻入 6%30%的 Y2O3，可抑制薄膜折射率的非均勻性和提高膜層的聚集密度。 。 63 :薄膜材料特性列表 1: B:電阻加熱 (括號內(nèi)為蒸發(fā)源材料 )。S:濺射 。FH 硬 。S軟 。一般氧化物具毒性的很少，但若使用BeO,PbO,Sb2O5等則需要留意。原則上，任何材料吸入體內(nèi)都是不好的，即使沒有毒性，長期如此也會生病，例如在長期吸入 SiO可能會引起肺器官受傷 ,大量吸入 MgO則會引起白血球增多 . 70 氟化物中以 NaF,LiF,AlF3,PbF2等毒性較大 ,CaF2,MgF2亦具有輕微毒性 ,莫在其為氣體時吸入 ,其為固體時危險性則很小 . 硫化物會溶于酸而產(chǎn)生強烈的臭氣 H2S,大量吸入會引起慢性中毒造成頭痛 ,硒化物也是如此 . 一般而言 ,材料在固態(tài)時是穩(wěn)定的 ,但在氣態(tài)時要注意 ,因此鍍膜后打開真空室時若溫度太高則應戴濾氣口罩 .即使鍍金屬或金屬化合物分解后的金屬如 Be,Cd,Pb,Mn,Ni,Te都應避免吸入體內(nèi) .再者為粉狀時也應注意 ,接觸后應洗完手才可拿食品 .至于 ThF4,ThO2則因 Th具有放射性 ,會累計生效破壞人體組織 ,應當小心 .