薄膜光学技术-3-1.ppt

第三章 薄膜制造技术 薄膜的制备方法 湿法制备薄膜工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，有污染。 干法制备薄膜需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度可以精确控制，膜层强度好，无污染，已广泛采用。 PVD技术 1. 热蒸发技术 2. 溅射技术 3. 离子镀技术 4. 离子辅助镀技术 3.1 真空及真空镀膜机 “真空”是干法镀膜的基础，是光学镀膜机的基础。 本节将解答下列问题： PVD为什么要在真空中进行？ 真空用哪些参数计量？ PVD所需要的真空条件是如何确定的？ 真空如何获得？ 1、真空基础 1）. 热蒸发工艺过程： 2）. 大气PVD存在的问题 常温常压下， 空气分子质量密度：1.28×10-6 g /mm3 每克气体分子含分子个数：2.08 ×1022个/g ——气体分子距离：3.34×10-6mm ——气体分子的空间密度：2.68×1016个/mm3 因此, A. 空气中活性气体分子与膜层、膜料、蒸发器反应； B. 空气分子进入膜层成为杂质； C. 蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。 3). 真空PVD的优点 真空 —— 压强小于1个大气压的气体状态。 PVD需要的真空条件应能保证： “平均自由程”＞“源-件”距。 易蒸发（膜料蒸发温度大幅下降）； 易获高纯膜； 膜层坚硬； 成膜速度快。 （2）真空与压强 1）. 真空与真空度 真空是一种气体状态（并非一无所有）。 真空度是表征真空状态气体稀薄程度的物理量。 2. 真空度与压强 A. 真空度的计量采用与压强相同的方法和单位。 注：压强低 真空度高；压强高 真空度低。 B. 压强计量单位： 1标准大气压=760mmHg=1.01325×10 5 Pa 目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空，低，高，超高，极高。 粗真空 105-102 Pa 低真空 102-10-1Pa 高真空 10-1-10-6 Pa 超高真空 10-6-10-10 Pa 极高真空 10-10 Pa - （3） PVD所需真空度 1).分子平均自由程 2).分子碰撞率 3).PVD要求分子碰撞率10%，若，d=0.5m → 2. 真空镀膜机 真空系统 热蒸发系统 阻蒸 电子枪 膜厚控制系统 光电膜厚仪 石英晶体膜厚仪 3.2 真空获得与检测 3.2.1 真空泵 “抽真空”— 抽出容器内气体，获得真空状态的过程/动作。 “真空泵”— 用于抽出容器内气体的机器。 抽气机。 真空泵主要性能参数： 抽气速率（体积流率）：L/s， m3/s； 极限真空：可以抽达的最低压强(最高真空度)； 启动压强：泵无损启动，并有抽气作用时的进气口压强； 前级压强：泵排气口压强； 最大前级压强（反压强）：超过了就会使泵损坏或不能正常工作的前级压强。 (1). 常见真空泵的分类 A. 气体传输泵： ——能使气体不断吸入和排出而达到抽气目的。 a、变容式： ——泵腔容积周期性变化完成排吸气。 如：油封旋片式机械泵；滑阀泵；罗茨泵。 b、动量传递泵： ——用高速旋转的叶片或高速射流，把动量传递给气体分子，使气体分子连续的、不断地从入口向出口运动。 如：分子泵；油扩散泵。 3. 旋片式机械泵 1). 结构 抽、排气工作 由旋片完成； 油封的作用是 密封和润滑。 3). 工作原理 根据Boyle-Malotte定律：P·V=R·T 若 将原压强为P0的容器体积V扩展△V， 且温度T不变， 则 扩展容积后的压强P1 由 P1 · （V+ △ V）=R · T P0·V=R·T