霍尔离子源原理及对薄膜的影响.pptVIP

霍尔离子源原理及应用离子源工作原理低能200ev以下的霍尔离子源考夫曼型和霍尔型按离子能量分为：按类型分：高能200ev以上的如APS、RF、考夫曼离子源；离子源的种类离子源的工作原理在真空环境下，利用发射的电子在电场和磁场的相互作用下，使充入真空室的气体产生离化，在电场和磁场的作用下发射离子。霍尔离子源的结构原理组成部分：阴极---发射电子阳极---产生离子气路---提供离化的气体电源霍尔离子源结构：01壳体03气管05阴极02阳极04磁场06考夫曼离子源的结构简图壳体栅极阳极气路磁场阴极01离子源的离子能量：02对于考夫曼离子源：为阳极与栅极之间的电压03霍尔离子源：阳极电压的65~70%STEP1STEP2STEP3两种离子源的特点：考夫曼离子源的特点：高能低束流，能流密度较低，出射角度较小，适合于镀制较小面积的光学器件；使用成本高；霍尔离子源的特点：低能大束流，能流密度较大，发射角也较大，适合较大面积的生产使用；使用成本低；适合于大规模生产使用。霍尔离子源与考夫曼离子源的对照表（霍尔离子源更适合IAD）性能指标霍尔离子源考夫曼离子源离子能量低（40-200EV）高（300-2000EV）离子束流高（1安以上）与能量成比例束流面积宽（30度半角）窄反应气体兼容性好很好颗粒的产生低高简单性/可靠性好很好使用费用低高减少膜层的吸收和散射；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；波长漂移减少；提高生产效率控制膜层的应力；填充密度提高：折射率提高红外波段的水气吸收减少；离子源辅助镀膜（IAD）的作用：IAD增加填充密度高折射率更多压应力增强结合力光谱稳定性低水气吸收低红外吸收长期机械强度耐磨性更坚硬01氧化物TiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、SiO2、HfO2、Y2O3、Al2O3、CeO2、ITO等02氮化物Si3N403金属Au、Ag04氟化物MgF2、YF3、PrF3、YbF3IAD对各种材料的作用离子源对氧化物采用O2为工作气体，可以充分氧化，减少在短波的吸收，降低充氧量氧化物在550nm的折射率情况:TiO22.40Nb2O52.32Ta2O52.16ZrO22.16HfO21.98Y2O31.98CeO22.35ITO2.0SiO21.46Al2O31.67TiO2PVD基板温度300度n=2.2@550柱状结构IAD基板不加温V=150V,I=0.92An=2.45@550立方结构TiO2应力张应力IADn=1.46压应力与TiO2匹配与离子能量有关,可以调节膜层的吸收、机械稳定性、改善膜层的应力。n=1.45PVD多孔易吸潮,引起光谱漂移SiO201PVDn=1.6-1.65多孔柱状结构02IADAl—Al2O3n=1.65无吸收Al2O301HfO202UV、VIS、IR03IADn=1.9804减少膜层的非均匀性,折射率增加，光谱漂移减少05可以使用Hf材料用电子枪IAD蒸发Ta2O5/Nb2O5PDV正常情况下不能很好工作，有较大的吸收。IAD下，Ta2O5的可见区吸收很小，短波线很短，n=2.16(与离子源参数有关)Nb2O5n=2.35与TiO2相近,折射率较稳定ITO01PVD基片温度300度02IAD基片不加温,面电阻20欧姆,透明,n=2.00301PVD高度不均匀,无重复性02IAD明显减少不均匀性,可重复,Y2O301PVD基片温度350度,克服非均匀/无重复性02高度柱状结构多孔性容易引起湿气的吸附03IAD基片不加温,n=2.3704300度n=2.405均匀性提高,可重复性提高CeO203IAD均匀02PVD不均匀n=1.90-1.95多晶立方结构01ZrO2