光学薄膜技术第三章薄膜制造技术.docx

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1、第三章 薄膜制造技术 光学薄膜可以采用物理汽相沉积（PVD)和化学液相沉积（CLD)两种工艺来获得。CLD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，废水废气对环境造成污染，已很少使用。 PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。 PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。在这个过程中，如果大气与蒸发

2、中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题：蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜；空气分子进入薄膜而形成杂质；空气中的活性分子与薄膜形成化合物；蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。空气压力低于一个大气压的状态称为真空，而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。制作薄膜最重要的装备是真空设备真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。二者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的，但所用的

3、真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同，下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性，超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵）来辅助超高真空泵。3.1 高真空镀膜机1.真空系统 现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。普通所说的真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作，而且在高真空泵（如油扩散

4、泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程度。小型镀膜机的真空系统低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱低真空机械泵先将真空室抽到5pa的低真空，为后续抽真空提供前提条件；机械泵与油扩散泵组成串联机组，可将真空室抽到10-3 pa的高真空。大型镀膜机高真空油扩散泵+低真空机械泵+罗茨泵+低温冷阱罗茨泵作为提高抽气速度、压缩抽真空时间、提高生产效率的辅助真空泵。无油真空系统高真空低温冷凝泵+低真空机械泵低温冷凝泵的最大优点是无油，有效避免了油扩散泵的油污染问题。膜层更牢固。2、热蒸发系统电阻热蒸发电极两对、电子束蒸发源一个或两个。电阻热蒸发电极用于蒸发低熔点材料；电子束

5、蒸发源用于蒸发高熔点材料。3、膜层厚度控制系统 石英晶体膜厚仪基于石英晶体振荡频率随膜层厚度的增加而衰减的原理进行测厚，测的是膜 层的几何厚度。 光电膜厚仪以被镀零件的光透射或反射信号随膜层厚度的变化值作为测量厚度的依据，测的是膜 层的光学厚度。灵敏度较低。 3.2 真空与物理汽相沉积 用物理方法制作薄膜，概括起来就是给薄膜材料加上热能或动量，使它们蒸发，并在其他位置重新结合或凝聚。PVD设备被称做真空镀膜机。这些设备的共同突出的特点就是需要高真空。3.2.1 PVD 与真空 1、热蒸发工艺过程 光学薄膜的淀积中用得最多的是热蒸发法。它的基本原理是把被蒸发材料加热到蒸发温度，使之挥发淀积到放置

6、在工件架上的零件表面，形成所需要的膜层。见右图1一般运用的加热方式主要有电流加热、高频加热和电子束加热。2、大气PVD存在的问题 常压时，气体分子密度太高，进入膜层成为杂质。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 气体分子的平均自由行程大于蒸发源到被镀件之间的距离。被镀膜层材料在高真空条件下容易蒸发，容易获得高纯膜，膜层坚硬，成膜速度快。 3.2.2 真空与压强 所谓“真空”，是指在给定的空间内，压强低于101325帕斯卡(也即一个标准大气压强约101KPa)的气体状态，并非一无所有。处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度”来表示。 “真空度”顾名思义就是真空的程

7、度。是真空泵等抽真空设备的一个主要参数。 真空度的计量采用与压强相同的方法和单位。 高真空度低压强；低真空度高压强压强单位：Pa（帕斯卡 Pascall），简称“帕” 1(atm)标准大气压=760mmHg=101325Pa真空在薄膜制备中的作用主要有二个方面： 一是减少蒸发材料的分子与残余气体分子的碰撞，这样才能将分子在蒸发过程中所得到的动能，全部转换成与基板的结合能，以得到牢固的光学薄膜。 二是抑制蒸发材料的分子与真空室中残余气体之间的反应。3.2.3 PVD所需真空度 基本确定原则：气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离d。即膜料蒸汽的每一个分子都无碰撞地喷镀到零件表面。经计算

8、，当d=1m时，真空度p=710-3Pa， 但此时的碰撞概率为63%。规定：碰撞概率10%；计算：真空度p710-4 Pa大多数镀膜机的d=0.5m，所以光学镀膜机的真空度指标设定为 p 1.310-3 Pa这时才能有效地减少碰撞现象的产生。3.3 真空的获得与检验真空泵是获得真空的关键设备，现代光学薄膜技术中获得真空的设备主要有以下几种：机械泵罗茨泵油扩散泵分子泵冷凝泵等。 3.3.1 真空泵1、真空与真空泵抽真空抽出容器内的气体，获得真空状态的过程或动作。真空泵用于抽出容器内气体的机器。2、常见真空泵类型分类 气体传输泵能使气体不断吸入和排出而达到抽气的目的。如油封旋片式机械泵、罗茨泵。

9、气体捕集泵利用泵体、工作物质对气体分子的吸附和凝结作用抽出容器内的气体。如低温泵、吸附泵。各种真空泵的工作范围 实际上能够直接用于抽大气并向大气中排气的真空泵只有机械泵。而单独使用机械泵只能获得低真空。因此，镀膜机的真空机组最少需要两个真空泵形成接力式真空机组，才能获得所需要的高真空度。3、旋片式机械泵 机械泵是采用旋片式的转子和定子组成，随着转子的旋转，不断地进行吸气、压缩和排气的循环过程，使连到机械泵的真空室获得真空。油的作用：它有润滑和密封的作用，排气阀及其下部的泵体空腔用密封油密封，机械泵的密封油即机械泵油，它是一种矿物油。4、油扩散泵 典型的高真空泵在圆柱状的筒内安装着三级喷嘴，圆筒

10、下部的油用装在下面的电炉加热蒸发，使气压达到1托左右，然后从三个喷嘴向出气口的方向喷射。从进气口扩散来的空气分子被卷进喷射的油蒸气中而向着出气口方向加速前进。被与排气口连接的机械泵抽走。虽然油蒸气流的大部分冲向出气口，但还是有一部分冲向进气口，因此，在扩散泵的进气口一般要安装水冷挡板或者液态氮捕集器，使油蒸气冷凝，以减少油蒸气向真空室中扩散。用于喷射的油，在高温时一接触大量的空气就容易变质。即使在常温下，如果长时间接触一个气压的空气，也会因吸收空气中的水分等而使泵的性能下降。因此，在油扩散泵不工作时，一定要关闭进气口和出气口的阀门，以尽量使内部保持良好的真空状态。5、罗茨泵 提高由机械泵和油扩

11、散泵组成的真空机组的抽气速度。在较宽的压强范围内有较快的抽速；启动快，能立即工作；对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感转子不必润滑，泵腔内无油；振动小，转子动平衡条件好，没有排气阀；驱动功率小，机械摩擦损失小结构紧凑。 罗茨泵在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。 由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v内，再经排气口排出。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。 在一根轴上安有35级的罗茨型转子, 它为三级罗茨泵的构造, 各级转子由中间壁来隔离, 形成各级的泵腔,

12、上一级的排气口连到下一级的进气口,各级串联应用,各级转子的直径和形状是相同的, 而各级转子的宽度有时是不同的。 3.3.2 低温冷凝泵低温冷凝泵是一种利用低温冷凝和低温吸附原理抽气的真空泵抽气原理: 在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结，从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。 低温冷凝：气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上；抽氢时，冷板温度比抽空气时更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。低温吸附：气体分子以一个单分子层厚被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。 低温捕集：在抽气温度

13、下不能冷凝的气体分子，被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。 由于泵的冷表面可以直接放入需抽真空的空间，甚至是真空空间的一个组成部分，所以它不需用管道连接，冷凝板的面积可做得很大，具有很大的抽气速率，是一般的扩散泵难以达到的。低温冷凝泵的特点：真正的无油真空泵：低温冷凝，保持真空，无污染；抽速大：特别对H2O、H2等气体抽速很大；运行费用低：只需电和冷却水，不需液氮等低温液体适应性强：无运动部件，不受外界干扰；可以安装在任何方位；运动部件少且低速运行，寿命长；达到10-7 Pa的极限真空度，部分可达到10-9 Pa的极限真空度。3.3.3 PVD使用的高真空系统 3.3.4 真空度的检测真空度以

14、残余气体的压力表示。真空度是用真空计进行测量的，但是，被测量的真空度不同，必须采用不同的真空计。在一般的真空设备中，通常附有2-3个真空计。1、热电偶真空计原理：通过热电偶中热丝的温度与压强的关系确定真空度。 热丝3的温度随着规管内真空度的提高而升高。测量范围：0.1313pa优点：测量的压强是被测容器的真实压强；能连续测量，并能远距离读数；结构简单，容易制造；即使突然遇到气压急剧升高，也不会烧毁。缺点：标准曲线因气体种类而异；读数滞后；受外界影响大；老化现象严重，必须经常校准。2、热阴极电离真空计（高真空测量）热阴极电离真空计，在一般的真空设备中可以说是几乎不可缺少的真空计，从10-1Pa到

15、l0-5Pa的真空，它都能比较精确地测量。 工作原理电子在电场中飞行时从电场获得能量，若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正比于气体密度n,在一定温度下正比于气体的压力p。可根据离子电流的大小指示真空度。测量范围：0.1110-5Pa关于这种真空计应该注意的是：由于真空计工作时灯丝处于加热状态，所以，如果它在加热状态下使用于差的真空状态或者误入空气，灯丝就会因氧化而烧断。蒸发系统：热蒸发;溅射;离子镀;离子辅助蒸发3.4 热蒸发真空蒸镀法是法拉第在1857年首创的，这是最简便的薄膜制作方法，也是实验室

16、中最普及的方法，真空蒸镀法原理简单，只要在真空中把制造薄膜的物质加热蒸发并使其蒸气附着在基底或工件的表面上就行了。蒸发的过程就是热交换过程，用这种方法制作的薄膜称为真空蒸镀薄膜。真空蒸镀法的优点是：(l)整个设备的结构比较简单；(2)许多物质都可以容易地用真空蒸镀法蒸镀；(3)薄膜的形成机理比较简单，可容易地用晶核的形成和生长理论来解释；(4)由于制作薄膜时热和电的干扰小，所以适用于薄膜形成时薄膜物理性质的研究；(5)能制作具有与主体材料不同成分比的化合物，也能制作具有与主体材料不同晶体结构的物质。真空蒸镀法的缺点：(1)薄膜与基片表面之间的结合力一般是比较弱的；(2)对薄膜结构敏感的一些性质

17、，再现性差，可靠性差，无论用什么方法来制作薄膜这一问题都存在，然而真空蒸镀的薄膜却特别突出；(3)高熔点物质和低蒸气压物质的真空蒸镀膜是很难制作的，特别是经常使用的铂和钽等物质很难用真空蒸镀法来制作薄膜；(4)蒸发物质的坩埚材料也或多或少地一起蒸发，从而混入薄膜中成为杂质。此外，真空设备中的残余气体分子也会进入薄膜成为杂质。蒸发材料的基本加热装置蒸发源所谓真空镀膜就是在真空中把制造薄膜的物质加热，使其蒸发，让蒸发物在基底或工件表面上附着的过程，因此，它所需要的基本装置就是真空装置、加热装置（蒸发源）及附着面（基片表面）。真空蒸镀法的特点就是需要蒸镀材料的加热装置。在真空中加热物质的方法，有电阻

18、加热法、电子轰击法等等，此外还有高频感应加热法，但由于高频感应加热法所需的设备庞大，很少采用。1、电阻加热源由于电阻加热法很简单，所以是很普及的方法。把薄片状或线状的高熔点金属（经常使用的是钨、钼、钛）做成舟箔或丝状的蒸发源，装上蒸镀材料，或用坩埚装上蒸镀材料，让电流通过蒸发源加热蒸镀材料使其蒸发，这就是电阻加热法。电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。 优点：简单、经济、操作方便。缺点：不能蒸发高熔点材料；膜料容易热分解；膜料粒子初始动能低，膜层填充密度低，机械强度差。蒸发源做成什么形状？蒸发源的形态一般有螺线形、舟形、盒形、坩埚形等等。螺线形蒸发源:螺

19、线形是线状蒸发源所采用的形状。把直径为0.30.5毫米的金属线或多股金属线（钨是最硬的材料，容易整形但质脆；钽是非常容易加工的材料）卷在木螺丝之类的模子上，做成螺线状的笼形线圈。这种蒸发源也有市售商品，但自己制作是很容易的。加热电流用20安，采用这样的电流就是高熔点金属线也很容易蒸镀，当薄膜材料做成粒状或线状时，通常就使用这种方法蒸镀。舟形蒸发源:因为在螺线形蒸发源中薄膜材料是在整个空间蒸发的，所以薄膜材料的损耗大，而且粉末状的薄膜材料也不能装在螺线中。与此相反，舟形蒸发源的蒸发方向被限制在半个空间中，而且，不论何种形态的薄膜材料都可以装入舟形蒸发源中，因为舟形蒸发源是通过使金属片变形而做成的

20、，所以可制成各种各样形状。这种形式的蒸发源，薄膜材料只能从下向上蒸发。此外，由于加热所需的电流也有超过100安的，所以需要特殊的变压器。盒形蒸发源:当薄膜材料是很细的粉末时，因粉末中含有空气，所以在真空抽气和加热时，粉末会向上飞溅或者成颗粒状飞出。为了使这种粉末状材料均匀地以分子状态蒸发，可采用盒形蒸发源。这种蒸发源的加热器是一个网格状的圆筒，为减少热损失，在圆筒外侧设有两个隔热圆筒，在加热器和第一隔热圆筒之间装人薄膜材料，这样就可以避免材料迸起而飞出蒸发源。假如是金属之类的薄膜材料，也可以放在加热器圆筒的内侧，但重要的是不能破坏温度的均匀性。2、电子束加热源在电阻加热法中薄膜材料与蒸发源材料

21、是直接接触的，因此该方法存在如下问题：因蒸发源材料的温度高于薄膜材料而成为杂质混入薄膜材料，薄膜材料与蒸发源材料发生反应以及薄膜材料的蒸镀受蒸发源材料熔点的限制（高熔点的氧化物材料，蒸发温度在2000以上）等等。用电子枪来加热蒸发可以避免这些问题。将电子集中轰击薄膜材料的一部分而进行加热的方法。现在一般采用e型电子枪。电子束加热法的基本原理是：当电子枪灯丝经高温加热后，产生热电子发射，这些热发射电子经阴极（灯丝）和阳极之间的高压电场加速，并聚焦成束，在线圈磁场的作用下，电子束产生270角的偏转到达坩埚蒸发源材料的表面，使电子束所带有的巨大的动能转化为热能，对材料进行迅速加热，造成局部高温而汽化

22、蒸发，这种电子枪因电子束轨迹成e型，因而得名为e型电子枪。e型电子枪的电子束对材料加热蒸发时，其能量密度很大，蒸汽分子动能迅速增加，所以它能得到比电阻加热法更牢固，更致蜜的膜层。另外，可以在X轴方向和Y轴方向附加二个交变的磁场，则可使电子束在材料表面一定的范围内进行扫描。可避免材料“挖坑”现象的产生，使蒸发速率处于平稳状态。特点： 可蒸发高熔点材料；膜料容易热分解；膜料粒子初始动能高，膜层填充密度高，机械强度好。 优点：设备简单，大多数材料都可以作为膜层材料蒸发。蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。 3.5 溅射什么是溅射？ 用高速正离子轰击膜

23、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），在被镀零件表面凝聚成膜。通常将欲沉积的材料制成板材靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入氩气，在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子。溅射原子在基片表面沉积成膜。与蒸发镀膜不同，溅射镀膜不受膜材熔点的限制,可溅射一些难熔物质。3.5.1 辉光放电溅射1、辉光放电： 辉光放电是在真空度约为10-310-4Pa的真空中，在两个电极之间加上高电压时产生的放电现象。利用电极间的辉光放

24、电进行溅射。气体放电的典型应用：正常辉光放电用于离子源。增大电流时，离子浓度增加，而电压不变，离子能量不变。反常辉光放电用于溅射。电流电压可调，方便成膜速率和轰击能量的控制。弧光放电用于弧源离子镀。一源同时完成快速成膜和离子轰击双重功能。低频交流辉光放电 两靶交替成为阴阳极，用于零件双面同时镀膜。 2、射频辉光放电极间电压变化频率超过10MHz时，电场能够通过任何一种类型的阻抗耦合进去，电极不再要求一定是导体。因此，可用于溅射任意一种材料。即可以溅射非金属靶，又可以在绝缘体上镀膜。3、溅射方式：（1）直流溅射又叫二极溅射或阴极溅射。把溅射室抽真空至10-3 10-4 Pa后，充入惰性工作气体（

25、如Ar）至110-1 Pa，并在阴极上加数千伏的高压，这时便出现辉光放电。离子向靶加速，通过动量传递，靶材原子被溅出而淀积在基板上。直流溅射结构简单，可以长时间进行溅射。缺点是：不能溅射介质材料，溅射速率低，而且基板表面因受到电子轰击而有较高的温度，对不能承受高温的基板应用受到限制。(2)三极四极溅射 三极和四极溅射是为了克服二极直流溅射基片温度升高的缺点而设计的。在这种系统中，等离子区由热阴极和一个与靶无关的阳极来维持，而靶偏压是独立的，这样便可大大降低靶电压，并在较低的气压下（如10-1Pa）进行放电。如果引入一个定向磁场，把等离子体聚成一定的形状，则电离效率将显著提高，因此有时称三极或四

26、极溅射为等离子体溅射，从而使溅射速率从阴极溅射的80 nm/min提高到2000nm/min。此外，由于引起基板发热的二次电子被磁场捕获，避免了基板温升。特点：热阴极与阳极间的低压大电流弧光放电形成等离子体，靶和基片虽置于等离子体边缘，但不参与放电；靶上施加负偏压，将离子从等离子体引向靶，形成溅射镀。四极溅射相对三极溅射在热阴极前增设了一个辅助阳极（图中的栅极），有稳定放电的作用。优点：离子密度高，工作气压低，成膜速率快，基片温升低。缺点：仍不能溅射介质靶。(3)射频溅射（又称高频溅射） 射频溅射是为了克服直流溅射不能溅射介质靶材的缺点而设计的，靶材作为一个电极，其上施加高频电压，穿过靶的是位

27、移电流。 前面的方法之所以不能用来溅射介质绝缘材料，是因为正离子打到靶材料上产生正电荷积累而使表面电位升高，致使正离子不能继续轰击靶材料而终止溅射。若在绝缘靶背面装上一金属电极，并施加频率为530MHz的高频电场，则溅射便可持续。高频交流电场使靶交替地由离子和电子进行轰击，初看起来这似乎会使溅射速率减小一半，其实，它的溅射速率却高于阴极溅射。为了说明这一点，假设等离子体电位为零，靶材料的电压为VT，金属电极的交流电压为VM。电极在正半周时，因为电子很容易运动，VT和VM电极很快被充电；存负半周时，离子运动相对于电子要慢得多，故被电子充电的电容开始慢慢放电。若使基板为正电位时到达基板的电子数等于

28、基板为负电位时到达基板的离子数，则靶材料有好长一段时间呈负性，或者说相当于靶自动地加了一个负偏压Vb，于是靶材料能在正离子轰击下进行溅射。另一方面，电子在高频电场中的振荡增加了电离几率。由于这两个原因，使溅射速率提高。3.5.2 磁控溅射前面所述的溅射系统，主要缺点是溅射速率较低。为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射是在平行于阴极表面施加强磁场，将电子束约束在阴极靶材表面近域，提高气体的电离效率。其溅射速率比三极溅射提高10倍左右。对许多材料，溅射速率达到了电子束的蒸发速率。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。磁控溅射法具有镀

29、膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点：利用磁场与电子交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。 1、常见结构（1）被镀件参与放电（阳极）型平面磁控溅射： 靶为平面阴极。永久磁铁在靶表面形成磁场，它同靶与基板之间的高压电场构成正交电磁场。平行于阴极靶表面的磁场将电子约束在阴极靶表面附近，形成高密度的等离子体，有效地提高溅射速度，并减少了轰击零件的电子数目，降低了零件因电子轰击而温升。磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可避免

30、二次电子轰击而使基板保持接近冷态，这对单晶和塑料基板具有重要的意义。磁控溅射可制备金属膜和介质膜。柱面磁控溅射：利用圆柱形磁控阴极实现溅射的技术，磁控源是关键部分，阴极在中心位置的叫磁控源；阳极在中心位置的叫反磁控源。 圆柱形磁控溅射既可以用于柱形零件的外表面溅射沉积，也可以用于管状零件的内表面溅射沉积，还可以用于大面积平面的均匀溅射沉积（柱面靶扫描溅射沉积）。（2）被镀件不参与放电型 在磁控器内，自设一个阳极，形成一个可独立工作的溅射源。被镀件独立于溅射源之旁。2、磁控溅射特点 (1)电场与磁场正交设置，约束电子在靶面近域，致使靶面近域有高密度等离子体，溅射速率很高； (2)磁控溅射源相对被

31、镀件独立，基片不再受电子轰击而升温，可对塑料等不耐高温的基片实现溅射镀； (3)磁控溅射源可以像热蒸发源一样使用，从而使被镀件的形状和位置不再受限制。3.5.3 离子束溅射用离子源发射的高能离子束直接轰击靶材，使靶材溅射、沉积到零件表面成膜。离子束溅射淀积（IBS）技术是一种制备优质光学薄膜的重要方法，并在光通讯波分复用滤光片（DWDM滤光片）中得到重要的应用。这种系统的主要特点是运用一个功率大的RF（射频）离子源产生高密度的高能的离子去轰击靶材。因此，可以在高真空条件下实施高速的溅射淀积，而辅助离子源用来改善薄膜结构的致密度和生成氧化物的反应度。这样的设备，可以实现在低温下（100）超低光学

32、损耗（即超低的吸收损耗和散射损耗）超多层膜的制备。离子束溅射淀积特点：膜层附着力强，结构致密；离子束流能量可控性；溅射率与离子能量、离子束入射角有关；膜层应力随离子束参数改变而可调控。3.6 离子镀 1、什么是离子镀？ 蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。所谓离子镀，是真空热蒸发与溅射两种技术结合而发展起来的一种新工艺。它使蒸发粒子从蒸发源到基板的行进途中离化，然后向具有负偏压的基板加速，故得名为离子镀。离子镀技术1963年首先应用于人造卫星的金属薄膜。离子镀兼有热蒸发的高成膜速率和溅射高能离子轰击得到致密膜层的双优效果。原理：膜料加热蒸发，将基片作为阴极，蒸发源作

33、阳极，充入惰性气体（如氩）以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子发生电离，在强电场加速下轰击并沉积在零件表面。 2、特点离子镀膜是目前真空镀膜技术中最新、最先进的表面工程技术之一，它具有以下优点： (1)膜层附着力强。高能粒子轰击有三个作用：一是使基板得到清洁，产生高温；二是使附着差的分子或原子产生溅射离开基板；三是促进了膜层材料的表面扩散和化学反应，甚至产生注入效应，注入深度可达25nm，因而附着力大大增强。 (2)膜层密度高。高能粒子不仅表面迁移率大，而且再溅射克服了淀积时的阴影效应，因而膜层密度接近于大块材料。 (3)膜厚均匀性好。离子镀的重要优点之一是基板前后表面均能淀积薄膜。这是因为：荷

34、电离子按电力线方向运动，凡电力线所及部位均能淀积膜层。离子镀的这种膜厚分布特性为复杂形状的零件镀膜提供了一种很好的方法。即绕镀性好。可用于齿轮和弹簧等具有复杂形状的物体的镀膜。(4)膜层淀积速率快。离子镀用电阻加热或电子束蒸发材料，因此最高淀积速率可达50m/min。(5)可在任何材料上镀膜。包括绝缘体。3、常见类型蒸发源：可以是任何一种热蒸发方式。离化方式：直流辉光放电、高频辉光放电、弧光放电、电子束型、热电子型。已形成的实用技术有活化反应离子镀、空心阴极离子镀、弧源离子镀。3.7 离子辅助镀在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器离子源，产生离子束，在热蒸发进行的同时，用离子束轰击正在生长的膜层，形成致密均匀结构，使膜层的稳定性提高，达到改善膜层光学和机械性能的目的。离子辅助淀积（IAD）法是在真空加热蒸发的基础上发展起来的一种辅助淀积法，其原理由电阻加热法或是电子束加热法对膜料进行加热蒸发时，淀积的分子或原子（淀积粒子）到达基底表面的过程中，不断受到来自离子源所发射的中性荷能离子的轰击，通过动能的转移使淀积的粒子获得很大的动能，提高了淀积粒子的迁移率，从而使薄膜的生长发生了根本的变化，使膜层的结构更加紧密，聚集密度也得到较大的提高，大大加强了光学薄膜的牢固度，同时也使膜层的抗激光能力得到提高。