第13章 薄膜技术.ppt

第13章 薄膜技术 西安工业大学 徐均琪 第一节 绪 论 一、 薄膜 附着于“基底”、且与基底不同质的非自持性涂层。 thin film：薄膜/coating：覆盖、包裹物、涂 层/layer：层状物/foil：箔 “和光的波长同量级”， “以一个微米为界限” 。随着科学技术的发展，现在几十微米的膜也称为薄膜。 二、薄膜的作用 薄膜的作用在于改进基底的性能或功能。 1、实现特定的光学特性 光学薄膜 AR; HR; IR-cut; filter; RGB 2、优化表面性能，改善表面特性 TiN，SiC，DLC，DF 3、进行微细加工，实现微制造； 电子线路；光学薄膜；生物薄膜；…… 4、产生新功能特性 滤光片；场效应管；传感器；…… 三、薄膜的分类及材料 薄膜分类 按照薄膜的材料：金属薄膜、介质薄膜、半导体薄膜 按照薄膜的用途：光学薄膜、 导电薄膜、工具薄膜—保护薄膜（耐摩擦磨损、抗酸碱盐腐蚀）、电子薄膜—存储薄膜、传感薄膜（气敏、光敏、烟雾、压电等）、超导薄膜、装饰薄膜。 薄膜材料 一般指固体薄膜；但也存在气体薄膜（空气轴承）和液体薄膜（向列型液晶薄膜）。 四、薄膜的制备方法 五、光学薄膜的理论基础 光的本质： 遵守的基本物理定律： 光学薄膜的特殊性: 多层膜计算 六、光学薄膜的应用 眼镜镀膜----AR 幕墙玻璃 滤光片 液晶领域 车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片 光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件 红外膜 激光领域----激光反射腔高反射膜 CD、DVD驱动器 投影显示 数码领域 规整膜系： 各层薄膜的光学厚度为设计波长的四分之一。 设计波长（参考波长、中心波长） 膜系：G/HLM/A G代表基底 H（L、M）代表高（低、中）折射率膜层并且光学厚度为设计波长的四分之一 A代表出射介质（一般为空气） 2.1 减反射膜 (AR) 光学元件表面反射造成的问题 光能量损失，使像的亮度降低； 杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降。 1、单层AR膜的光谱 2、双层减反射膜 缺点： 1、剩余反射率还太高 2、通带越来越窄（和单层膜比较） 3、破坏色平衡 3、多层减反射薄膜的设计 1、 金属高反膜 金属反射膜的特点 A. 高反射区宽； B. 偏振效应轻微； C. 膜层与基底附着性能差距很大： Al ，Cr，Ni与玻璃附着力强； Au，Ag与玻璃附着力差； D. 膜层化学稳定性差，易被环境气体腐蚀； E. 机械性能差——软。 “金属—介质”组合存在的问题 A. 只在较小波段有增加反射率的作用，而在很宽波段有减反作用； B. 反射率无法接近100%，最高可达96%； C. 由于有吸收，不适用于激光系统。 3、介质高反膜 2.3 分束膜 一、金属分束膜 2.4 截止滤光片 截止滤光片 某一波长范围的光束高透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射（抑制）的波段选择截止滤光片。 分类 吸收型 薄膜干涉型 吸收与干涉组合型 长波通滤光片 短波通滤光片 截止滤光片的特性参数 1. 截止波长； 2. 通带宽度，平均透射率，最小允许透射率； 3. 阻带宽度，平均反射率，最大允许透射率； 4. 过渡区曲线陡度/过渡区的波长宽度。 第三节 光学薄膜制造技术 1、常用电阻蒸发源 2、电子束加热 二、 磁控溅射 溅射 —— 用高速正离子轰击膜料（靶）表面，通过动量传递，使其分子或原子获得足够的动能而从靶表面逸出（溅射），在被镀件表面凝聚成膜。 磁控溅射的新技术——非平衡磁控溅射 三、离子束溅射 用离子源发射的离子束直接轰击靶材，使其溅射、沉积到零件表面成膜。 四、离子镀 热蒸发镀膜技术的优缺点： 优点：设备简单，大多数材料都可以作为膜层材料蒸发。 缺点：膜层不能重复再现块状材料的性能。 原因：膜层的微观柱状结构。 改进措施：改中性粒子沉积为带电离子在电场辅助（作用）下的电沉积。 1、原理 2、特点 1. 膜层附着力强 ——注入和溅射所致。 2. 绕镀性好——原理上，电力线所到之处皆可镀上膜层，有利于面形复杂零件膜层的镀制。 3. 膜层致密——溅射破坏了膜层柱状结构的形成。 4. 成膜速率高——热蒸发的成膜速率。 5. 可在任何材料的工件上镀膜——绝缘体可施加高频电场。 等离子体源— APS 第四节 薄膜厚度