金属薄膜之光学与机械性质研究

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1、科學與工程技術期刊第四卷第一期民國九十七年81JournalofScienceandEngineeringTechnology,Vol.4,No.1,pp.81-88(2008)金屬薄膜之光學與機械性質研究1122王奕翔何旭川蕭健男陳宏彬1元智大學機械工程學系桃園縣中壢市遠東路135號2財團法人國家實驗研究院儀器科技研究中心新竹市科學園區研發六路20號摘要光學系統常以金屬薄膜為反射鏡面，藉以改變光的傳播路徑或接收光訊號，如反射式望遠鏡、高效率發光二極體等。鋁（Al）和銀（Ag）為最常使用的金屬，並以玻璃或矽為支撐金屬薄膜的基板，由於金屬膜屬軟膜，常因使用中的擦拭而磨耗，

2、需在金屬膜表面加鍍保護層。本文以電子槍蒸鍍技術，蒸鍍鋁和銀膜於B270之玻璃基板，並以二氧化矽（SiO2）為保護層，同時為增加銀膜與B270基板之附著力，於B270基板表面蒸鍍鉻（Cr）。探討不同膜厚下的光學反射率及保護層對反射率之影響，求得最佳之金屬薄膜與保護層厚度，並將實驗量測值與理論計算值相比，獲得相當吻合的結果。再應用奈米壓痕機量測薄膜在不同厚度之硬度與楊氏係數，百格刀檢測薄膜與基板之附著力，藉以瞭解金屬薄膜之機械性質。關鍵詞：電子槍蒸鍍，反射率，奈米壓痕機，機械性質OpticalandMechanicalPropertiesofaMetallicLayer11

3、22YI-HSIANGWANG,SHIUH-CHUANHER,CHIEN-NANHSIAOandHUNG-PINCHEN1DepartmentofMechanicalEngineering,YuanZeUniversity135Yuan-TungRd.,Chungli,Taoyuan,Taiwan320R.O.C2InstrumentTechnologyResearchCenter,NationalAppliedResearchLaboratories20R&DVIRd.,HsinchuSciencePark,Hsinchu,Taiwan300R.O.CABSTRACT

4、Inanopticalsystemusingametalliclayerasareflectingmirror,itiscommontochangetheopticalpath.Aluminum(Al)andSilver(Ag)havebeenwidelyusedfordepositingonasilica-basedsubstratetoformathinmetallicfilm.Inthisresearch,metallicfilmsofAlandAgaredepositedonaB270substratebyusingtheelectronic-beamvapor

5、depositiontechnique,beingcoatedwithSiO2onthetopsurfacetoprotectthemetallicfilm.Theeffectsofthethicknessonthereflectancearedeterminedthroughaparametricstudyandvalidatedbyanexperimentalmeasurement.TheinfluenceofaprotectivelayerofSiO2onthereflectivityisalsoinvestigated.Themechanicalproperti

6、esandadhesivestrengthofthemetallicfilmaredeterminedbynanoindentationandanattachmenttest,respectively.KeyWords:electronic-beamvapordepositionreflectancenanoindentationmechanicalproperty82科學與工程技術期刊第四卷第一期民國九十七年一、前言由奈米壓痕機（Nanoindentationtest）使用Berkovich壓痕器所量測，壓痕速率設定為0.1（mN/S）、持壓時間總共為金屬膜反射鏡常被

7、用於改變光線的路徑及接收光信號10s。上，例如：反射式望遠鏡、高效率發光二極體、太空衛星反射鏡等等…。光學系統多以玻璃或矽當成支撐金屬膜的基三、金屬薄膜反射率板，傳統的電子槍蒸鍍技術，所得到的是具柱狀微觀結構的薄膜[2]，其堆積密度（packingdensity）在室溫下大約在本研究以實驗量測和理論計算兩種方式求得薄膜光學0.7。在大氣中薄膜內柱狀結構的孔隙會吸附水汽，改變原反射率，再比較實驗值與計算值之差異。實驗部分是以光譜來的折射率與光學厚度而影響光學薄膜穩定性[6]。金屬膜儀量測薄膜在可見光（波長450nm~680nm）之反射率並計