光学薄膜制造工艺.ppt

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1、光学薄膜器件性能质量好坏由两个方面决定：膜系结构的设计性能薄膜器件的制造性能要求：R、T、A、机械性能、薄膜的稳定性等设计：膜系结构、折射率、厚度、材料根据薄膜设计进行制造薄膜注意：制造与设计之间存在差异1第四章光学薄膜制造工艺1光学薄膜器件的质量要求2影响膜层质量的工艺要素3膜层厚度监控4膜层厚度均匀性24.1光学薄膜器件的质量要求1、薄膜器件光学性能(R、T、A)聚集密度(填空密度)微观组织物理结构(晶体结构)膜层化学成分光学常数(n,k,d)折射率产生偏差的原因介电常数空隙气体镀膜方式、T34.1光学薄膜器件的质量要求2、薄膜器件机械性能硬度牢固度—（附着力）3、

2、薄膜器件环境稳定性盐水盐雾、高湿高温、高低温、水浴、酸碱腐蚀材料本身+内部结构决定结合力性质决定44、膜层填充密度(1)产生柱状结构的原因：薄膜聚集密度（填充密度）P:填充膜料①沉积分子的有限迁移率②已经沉积分子对后继沉积分子的阴影效应5蒸气入射角与柱状结构的生长方向之间的关系：基底温度；沉积速率；真空度；沉积入射角；离子轰击。(2)影响薄膜聚集密度的因素:6热蒸发制备的薄膜柱状结构照片74.2影响膜层质量的工艺要素真空镀膜基本工艺过程:84.2.1影响膜层质量的工艺要素及作用机理1.真空度作用机理：影响薄膜性能①折射率②散射③机械性能残余气体分子与膜料分子的碰撞，导致

3、蒸发的膜料分子或原子的能量损失和化学反应，致使膜层聚集密度低，膜层疏松，化学成分不纯。92.沉积速率（蒸发速率）定义沉积速率：单位时间内在基底表面上形成的膜层厚度，单位为nm/s。影响薄膜性能：折射率、牢固度、机械强度、应力、附着力。①提高蒸发源温度；增大蒸发源面积。提高沉积速率的方法：10影响：膜层结构、凝聚系数、膨胀系数和聚集密度。3.基底温度冷基底：金属膜或光学塑料基底；宏观表现：折射率、散射、应力、附着力、硬度和不溶性高温基底的优点：①将吸附在基底表面的剩余分子排除，增加基底与沉积分子之间的结合力；②增强分子之间的相互作用，使膜层致密，增大附着力及提高机械强度；

4、注：基底温度过高，也会使膜层结构变化、膜料分解、不利成膜。111).镀前轰击：离子溅射使基片再清洁，提高膜层在基片表面的凝聚系数和附着力；2).镀中和镀后轰击：提高膜层的聚集密度，促进化学反应，使氧化物膜层折射率提高，机械强度和抗激光损伤阈值提高。4.离子轰击5.基片材料1).膨胀系数不同2).化学亲和力不同3).表面粗糙度和缺陷热应力影响膜层附着力散射12残留在基片表面的污物和清洁剂将导致：1）.膜层对基片的附着力差；2）.散射吸收增大抗激光损伤能力差；3）.透光性能变差。6.基片清洁7.膜层材料膜料的化学成分（纯度/杂质种类）、物理状态（粉/块）和预处理（真空烧结/

5、锻压）影响膜层结构和性能。8.蒸发方法不同蒸发方法提供给蒸发分子和原子的初始动能差异很大，导致膜层结构有较大差异，表现为折射率、散射、附着力有差异。139.蒸气入射角影响膜层的生长结构和聚集密度。对膜层的折射率和散射性能有较大影响。一般应限制在30°之内。10.镀后烘烤处理在大气中对膜层加温处理，有助于应力释放和环境气体分子及膜层分子的热迁移，可使膜层结构重组。因此，可使膜层折射率、应力、硬度有较大改变。注意：以上所述的10个工艺因素对膜层性能的影响，是依据实际工艺项目和膜层宏观性能统计汇总得出的。14工艺参数对薄膜性能的影响基片材料基片清洁离子轰击初始材料蒸发方法蒸发

6、速率真空度基片温度蒸汽入射角烘烤处理折射率□□△△△△△透射率□□□＃＃＃△散射△□＃＃□＃△□△几何厚度□□□□△□＃应力△＃△□□□□附着力□△△□□□△□□硬度□□□△△□△温度稳定性□□□△□□不溶性＃□□□□△△□□抗激光辐射＃□□□□□□□缺陷△□□□△□＃□□△－工艺参数对薄膜性能影响严重；□－表示有关系；＃－表示有依赖关系154.2.2.提高膜层机械强度的工艺途径膜层的机械性能受附着力、应力、聚集密度等的影响。①真空度。提高真空度会增大膜层聚集密，增加膜层牢固度，改善膜层结构，使膜层化学成分变纯，但同时应力也增大。着重考虑以下几个工艺参数：②沉积速率。提

7、高沉积速率不仅可以通过提高蒸发速率，还可以用增大蒸发源面积的办法来达到。但是采用提高蒸发源温度的办法有其缺点：使得膜层应力太大；成膜气体易分解。16③基片温度。提高基片温度有利于将吸附在基片表面的剩余气体分子排除，增加基片与沉积分子之间的结合力；但基片温度过高会造成膜层变质。④离子轰击。蒸镀前的轰击可以清洁表面，增加附着力；镀后轰击可以提高膜层聚集密度等，从而是机械强度和硬度增大。⑤基片清洁。基片清洗方法不适当或不洁净，在基片上残留有杂质或清洁剂，则引起新的污染。174.2.3控制膜层折射率的主要工艺途径①控制真空度；②控制沉积速率；③控