薄膜光学技术-4-1教程文件.ppt

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1、薄膜光学技术-4-1蒸气入射角与柱状结构的生长方向之间的关系：薄膜聚集密度P:产生柱状结构的原因：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影响薄膜聚集密度的因素:基底温度；沉积速率；真空度；沉积入射角；离子轰击。2热蒸发制备的薄膜柱状结构照片34.2影响膜层质量的工艺要素PVD基本工艺过程:4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□△

2、△□□□△□□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54.2.1影响膜层质量的工艺要素及作用机理1.真空度残余气体分子与膜料分子的碰撞，导致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，从而使膜层折射率、硬度和不溶性变差。提高真空度可使膜层的结构得到改善，化学成分变纯，但一般情况下会增大膜层的应力。62.沉积速率（蒸发速率）低的沉积速率会导致蒸气分子从

3、基底返回，晶核生长缓慢，结晶只能在大的聚集体上进行，从而导致膜层结构疏松；高的沉积速率下会形成颗粒细小而致密的膜层，膜层散射小，牢固度高。提高沉积速率的方法：提高蒸发源温度；增大蒸发源面积。沉积速率——单位时间内在被镀基底表面上形成的膜层厚度，单位为nm/s。速率是动能的又一表征，它对膜层的折射率、牢固度、机械强度、应力、附着力有明显影响。7基底温度是膜层生长的重要条件之一。它对膜层原子或分子提供额外能量补充，对膜层结构、凝聚系数、膨胀系数和聚集密度起着重要的作用。宏观反映在膜层折射率、散射、应力、附着力、硬度和不溶性都会因基片

4、温度的不同而有较大差异。3.基底温度(1).冷基底：金属膜或光学塑料基底；(2).高基底温度的优点：①使基底表面的残余气体解吸附，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，提高附着力；(3).基底温度过高，也会使膜层结构变化、膜料分解、不利成膜。81).镀前轰击：使基片表面因离子溅射剥离而再清洁和电活化，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，使氧化物膜层的透过率增加，折射率提高，硬度和抗激光损伤阈值提高。4.离子轰击的作用5.基片材料1).膨胀系

5、数不同热应力；2).化学亲和力不同影响膜层附着力和牢固度;3).表面粗糙度和缺陷散射的主要来源。9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/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。109.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

6、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。11综合分析结果PVD工艺因素对膜层性能的影响，主要集中在三类工艺因素对膜层四种性能的作用上：显然，成膜原子/分子迁移能和凝聚力的大小，几乎对膜层的所有性能都有影响。因此，PVD技术的发展，几乎都是针对提高成膜粒子迁移能，凝聚力而进行的。12主要工艺

7、因素对薄膜性质的影响134.2.2.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，提高膜层的机械强度就应该着重考虑以下几个工艺参数：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。②沉积速率。提高沉积速率不仅可以用提高蒸发速率，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。14③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

8、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。154.2.3控制膜层折射率的主要工艺途径①控制真