光学镀膜技术与检测

光学镀膜技术与检测邢政目录•光学薄膜及其应用•光学镀膜机配置•工艺影响因素•光谱测量光学薄膜及其应用•光学薄膜是指在元件上镀上一层或多层薄膜来改变光的传播特性，其基本上是借由干涉作用来实现效果的。光学薄膜及其应用•减反膜•高反膜•能量分光膜•光谱分光膜•带通滤光片减反膜•可以减少元件表面的反射率而提高其透射率。日常生活中的眼镜普遍都镀有减反射膜。高反膜•能将绝大多数入射光能量反射回去，在激光器的制造和激光应用中都是必不可少的。能量分光膜•可将入射光能量的一部分透射,另一部分反射分成两束光,最常用的是T:R=50:50的分光膜。•可将入射光中一部分光谱的能量透射,另一部分光谱的能量反射。光谱分光膜•只允许一个谱段的光透过,其余谱段的光不允许通过，例如在数码投影仪上的应用带通滤光片S0595090506-1200UVIR+AR6LoncustomerBK7newO2Ar051015202530354045505560657075808590951003003303603904204504805105405706006306606907207507808108408709009309609901020105010801110Wavelength(nm)T%A1A2A3B1B2TargetB3C1C2C3光学镀膜机（OTFC-900）•真空系统•电子枪与离子源•膜厚监控系统真空腔室内部图真空系统•干泵+罗茨泵•冷凝泵•抽气至8.0E-4Pa大约6分钟电子束加热蒸发•原理：在高真空的环境下，由电子枪发出的高能电子，会聚在膜料上，轰击膜料表面使动能变为热能,对其加温，使其熔化或升华270°e型电子枪结构优点：•能够有效的抑制二次电子*•可方便的调节焦斑的位置和大小•采用内藏式阴极，避免了灯丝污染*:二次电子的影响：使膜层结构粗糙，散射增加离子辅助成膜工艺示意图离子源辅助沉积（IAD）的作用•填充密度提高：折射率提高•波长漂移减少；•增强了膜层的结合力、耐摩擦能力、机械强度、提高表面光洁度；•减少膜层的吸收和散射；RF离子源RF离子源系统组成•射频离子源•中和器•离子源电源系统•工作气体导入系统和流量控制仪离子源图片RF离子源性能•栅网尺寸：10cm•最大射频功率：600W（13.56MHz）•束电圧：100V～1500V•最大束电流：500mA•离子流密度分布：±10%以内•加速电压：100V～1000V•最大中和电流：1500mA膜厚监控系统•几何厚度：膜层的物理厚度或实际厚度•光学厚度：几何厚度与膜层折射率的乘积石英晶体监控系统（XTC-3）•利用石英晶体振荡频率的变化进行测量，可监控蒸发速率•6片旋转式水晶膜厚传感器XTC-3晶控性能•膜厚精度：0.5%•膜厚表示分辨率：0.1nm•速率表示分辨率：0.01nm/s光学膜厚监控系统光学膜厚监控系统•根据薄膜的反射光强度随着薄膜的厚度而变化进行监控。多点反射式监控片光学膜厚监控系统性能•波长范围：350～1100nm•波长精度：±1nm•波长重复性：±0.25nm•稳定性：±0.1%/h（点灯60分钟后,环境温度稳定，波长500nm）光控与晶控比较信号呈线性变化，易于监控沉积速率信号呈正弦变化，难于监控沉积速率监控系统简单，易安装，成本低控制系统复杂，成本高没有误差补偿机理膜厚误差有自动补偿机理不能实时反映膜厚的光学特性能反映反射率、透射率等光学信息对超多层，特别是较厚膜层困难易于监控多层膜工艺影响因素•温度：基板温度越高，蒸汽分子越容易在基板表面迁移，增大膜层的聚集密度；吸附在基板表面的残余气体分子减少，从而增加了淀积分子在基板上的附着力。工艺影响因素•沉积速率：视不同材料而定，蒸发速率较低时，吸附原子在其平均停留时间内能充分进行表面迁移，凝结只能在大的凝结体上进行，反蒸发严重，所以膜层结构松散。反之，淀积速率提高，结构较紧密，但由于缺陷增多而使内应力增大。工艺影响因素•真空度：减少气体分子间碰撞，造成能量损失；抑制蒸发分子与残余气体之间的反应。工艺流程膜系设计基片清洗工装夹具准备真空室清洁、装夹具、基片、膜料抽真空材料预熔离子清洗、基片加温镀膜光谱测量镀膜材料TiO2SiO2ZnSMgF2Ta2O5Al2O3ZrO2注意事项•开机前注意水电气是否正常•光控系统灯源开启后需稳定60min•镀膜前检查光控片、晶控片寿命•开真空室对内部进行操作时，如加料、清洁，需盖上离子源的防护板，防止离子源栅网损坏操作规程•开机前检查水电气处于正常状态•打开总电源•打开UPS电源•运行电脑主程序，进入“Pumpdown/Autostop”界面，设定开机时间，并点击“pumpdown”，自动进行冷泵再生过程•清理真空室，补充镀膜材料，放入样品•关闭真空腔门，运行“CHAMBEREXHAUST”抽真空•打开ACS软件，在“Melting”中选择熔源程序，在“Process”中选择蒸发程序，确认无误后点击“Start”，自动运行熔料、蒸镀过程•镀膜结束后，运行“CHAMBERVENT”，向真空室充气光谱测量-Lambda750双光路系统Lambda750性能•光谱范围：190-3300nm•URA通用反射附件：可进行8°-68°反射测量•偏振光测量：300-2600nm•波长精度：±0.1nm•波长重复性：0.06nm•样品尺寸：反射12mm×6mm，透射25mm×10mm注意事项•开机后需等待光度计各部件初始化，然后进行相关操作•测量时不要使仪器产生振动，影响测量精度•测量过程中不要打开样品仓•在更换反射、透射附件时必须关闭总电源并拔掉电源线操作规程•打开总电源，等待设备初始化•打开“PerkinElmerUVWinLab”软件•新建“Methods”，设置测量范围•点击“Autozero”进行校准•放入待测样品，点击“start”，进行测量•测量结束后，关闭软件、分光光度计电源•上机培训价格2000元/人（暂定）