薄膜制造技术与工艺的研究剖析.doc

武 汉 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 薄膜制造技术与工艺的研究 学院:电子信息工程学院 专业：光电子技术 班级: 12302 姓名: 郑敏 学号指导老师:陈书剑 2014年11月17日 摘要：反应离子镀(RIPD)是用来制备光学薄膜的一种新技术，是在传统电子束蒸镀的基础上通过低电压、低气压弧光放电将材料蒸汽和外加反应气体电离，在蒸发室内产生低温等离子体，利用基片表面自然形成的极薄电场来提高离子的入射动能，既保留了传统技术沉积速率高、面积大的优点，又克服了薄膜结构疏松、性能不稳定的缺陷，是有望取代传统技术的新一代光学薄膜制备技术。国外研究表明，RIPD薄膜结构致密，机械强度高，光学损耗达到甚至超过了传统技术的最好水平，具有在激光陀螺上应用的潜力。 关键词：反应离子镀技术；PRID；薄膜 目 录 1 引言 4 1.1薄膜制备技术 4 1.1.1光学薄膜的应用 4 1.1.2光学薄膜的发展历史 4 1.2几种常用镀膜技术 5 1.2.1电阻蒸镀法 5 1.2.2电子束蒸发沉积 7 1.2.3离子束辅助沉积 8 1.2.4离子束溅射 9 1.2.5离子镀 11 2反应离子镀技术 12 2.1反应离子镀技术背景 12 2.2反应离子镀设备 12 2.3反应离子镀原理 14 2.4反应离子镀技术 16 2.5常用光学薄膜材料的反应离子镀工艺 17 2.6反应离子镀光学薄膜的性能分析测试 17 3总结与展望 18 参考文献 20 致 谢 21 1 引言 1.1薄膜制备技术 1.1.1光学薄膜的应用 传统的光学薄膜是现代光学仪器和各种光学器件的重要组成部分，通过在各种光学材料的表面镀制一层或多层薄膜，利用光的干涉效应来改变透射光或反射光的光强、偏振状态和相位变化[1]。薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm 到几十、上百个μm。光学薄膜可以得到很好的牢固性、光学稳定性，成本又比较低，几乎不增加材料的体积和重量，因此是改变系统光学参数的首选方法，甚至可以说没有光学薄膜就没有现代的光学仪器和各种光学器件。在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论—薄膜光学。光学薄膜已广泛应用于各种光学器件(如激光谐振腔、干涉滤波片、光学镜头等)，不仅如此它在光电领域中的重要作用亦逐渐为人们所认识。 1.1.2光学薄膜的发展历史 在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论一薄膜光学。首先，罗伯特一波义尔(Robert．Boyle)和罗伯特一胡克(Robert．Hooke)各自独立发现所谓的“牛顿环”现象，可以说是现代薄膜光学的萌芽ll】。1801年，托马斯·杨阐述了光的干涉原理，并对这种效应作了第一个圆满的解释。1832年，菲捏尔提出了反射与折射定律，至今仍被称为“菲捏尔定律”，它是研究薄膜系统内干涉的基础。在1873年，詹姆斯·克拉克·麦克斯(James．Clerk．Maxwelt)的巨著《论电与磁》问世了，这时分析薄膜光学问题所必需的全部基本理论才告完成，因此20世纪以前是薄膜光学发展的早期阶段。 二十世纪三十年代中期被认为是薄膜在光学上应用的真正开端。此时，由于电子工业的需要促进了真空技术的发展，商用扩散泵的问世，工业真空镀膜才有了现实基础，而真空蒸镀法成了生产光学干涉膜的最好方法。斯马库拉和斯屈郎可称为德国和美国的单层减反膜之父。与此同时，蒸镀高折射率膜层可增加基片的反射率，紧接着人们便能成功的蒸镀许多种不同的膜层。1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜，但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。德圈的格夫肯于1939年制成了世界上第一批金属膜滤光片，并首创了湿法镀膜和气体反应镀膜方法。从20世际40年代开始，薄膜进入全面发展时期，相继提出了各种薄膜光学理论和膜系计算方法。1949年在法国马赛大学举行了第一届国际薄膜会议，事隔不久，有关光学薄膜的基础教程相继问世。1956年瓦旌切克发表了第一本薄膜光学专著《薄膜光学》，在理论上全面地讨论了薄膜光学的一些问题。到了60年代，激光、空间技术和光谱技术的飞速发展对光学薄膜提出了更高的要求，比如激光器中的高反射镜等，同时电子计算机的推广使得光学薄膜的计算和分析有了良好的工具，因此推动了光学薄膜的飞速发展。1969年麦克劳德用干涉矩阵解释和计算光学薄膜，出版了他的专著《薄膜光学滤波器》。接着在1976年尼特尔发表了他的专著《薄膜光学》，在理论上全面讨论了薄膜光学的一些问题。1986年，麦克