镀膜材料基础知识报告.ppt

镀膜材料基础知识 １：光学薄膜材料 １.１：光学薄膜的基本要求 １.１.1：透明度 １.１.２：折射率 １.１.3：堆积密度 １.１.4：散射 １.１.5：薄膜均匀性 １.１.6：机械性质，硬度，附着力及应力 １.１.7：化学稳定性 １.１.8：辐射能量的承受 １.2：常用光学薄膜的制镀与特性 1.2.1：金属 1.2.2：氧化物 １.3：毒性 TiO2材料在真空中加热蒸发时因分解而是失氧，形成高吸收的亚氧化钛薄膜TinO2n-1(n=1…10),故常采用溅射技术。 在离子氧中蒸发低价氧化物TiO,Ti2O3和Ti3O5获得了优良的TiO2膜。TiO的熔点既低于金属钛,又低于TiO2,可以用电子束或者钨舟进行蒸发.由于TiO严重缺氧,所以需在较高的气压(3*10-3pa)和较低的蒸发速率(0.3nm/s)下沉积. 采用电子衍射确定不同基板温度下多晶TiO2膜的结构表明:当基板温度Ts380℃呈金红石,膜层折射率增加,吸收增大.在中性氧中制备的TiO2膜,其消光系数比离子氧中得到的高10倍左右. Ti2O3的热性质比较稳定,蒸发过程中吸氧作用很强.通过选择适当的参数,不难获得折射率2.2—2.3的无吸收TiO2膜.由于它的缺氧情况比TiO要好,所以蒸发速率可以适当提高(约0.5nm/s).Ti2O3做初始材料时,在中性氧的吸收要比TiO高得多.在离子氧中蒸发时,其吸收强烈地依赖于基板温度.在室温下则得到于TiO一样的吸收. 用质谱仪分析了TiO,Ti2O3,Ti3O5,和TiO2做为初始材料的蒸汽组分发现,初始膜料TiO和Ti2O3随着蒸发量增加,氧含量增加,折射率降低.TiO2则氧含量减少,折射率升高.唯有Ti3O5氧含量不变,能够得到稳定的折射率. 综上所述,不论采用何种初始材料,都得不到纯的TiO2膜,其氧化程度直接决定了膜层的吸收大小.实验表明:TiO2膜的吸收和折射率均随着基板温度和蒸发速率的升高而增加,随着氧气压的升高而降低.在空气中加热处理能有效地减少膜内的低价氧化物,TiO2,Ti2O3和Ti3O5转变成TiO2的温度分别为200 ℃,250-350 ℃和大于350 ℃.此外.TiO2膜中掺杂一定量的Ta2O5等,也可使吸收降低.TiO2膜长期暴露与紫外线,会导致波长小于450nm的短波区吸收增加. Ta2O5 Ta2O5也是常用的高折射率材料，在可见光到红外线也都是透明的，但不管用电子枪蒸镀或溅镀（用Ta靶）都比镀TiO2稳定，但若能取Ta2O5加7%Ta当起始材料,则镀起来更稳定.一般用电子枪加离子源辅助镀膜或溅射镀Ta靶的经验,镀Ta2O5膜比TiO2膜容易得到较小的吸收及散射,而膜的沉积速率也快些.堆积密度近乎为1,因此常被用来与SiO2搭配镀低散射,低吸收的多层膜滤光片及雷射镜. Nb2O5 Nb2O5为折射率介于TiO2与Ta2O5的高折射率材料,在近紫外光到红外光都是透明的,可以溅镀Nb靶,亦可取Nb2O5用电子枪加离子源辅助镀膜,得到堆积密度近乎为1的光学薄膜.不过其镀前材料的预熔非常重要,这种技术已经成熟.以往很少人用Nb2O5,今日会渐为光学薄膜制镀者采用与SiO2搭配镀多层膜滤光片. ZrO2 ZrO2是折射率略低于Ta2O5的氧化膜,由于用电子枪蒸镀很容易得到低折射率,起始材料可为ZrO2也可以为Zr,在近紫外到红外光区都是透明的. 由于其折射率在可见光约为2.05,很适合当三层抗反射设计中的波长扩宽. 氧化不完整的ZrOx可用热阻舟镀,为了节省镀膜机的造价,有人不用电子枪而用热阻舟以与MgF2搭配镀等效膜层.制镀眼镜和相机等抗反射膜,第一层先镀MgF2,一来可防止玻璃中的金属离子与ZrO2起反应,二来镀坏了可以容易脱膜后重新镀膜. 但ZrO2的非均匀性比其他材料严重,不过若在其中参杂ZrTiO4则可大获改善,此混合膜料称之为Substance-1,是Merck公司的产品.此公司继续开发了Sub-2,蒸发较为容易,若使用离子辅助镀膜,适当的离子束电压与电流可使ZrO2的非均匀性大获改善. HfO2 HfO2折射率比ZrO2略低一点点,但其透光率涵盖了紫外(越230nm)到远红外光区(12000nm),是和SiO2搭配做紫外光区多层膜的好材料,及红外光区金属膜(如Al.Au)的良好的保护膜. 其膜的硬度也比其他材料要高,并且在波长为8000nm到12000nm,高入射角时,不会象SiO2或Al2O3膜当Al镜保护膜时反射率会下降很