真空鍍膜技術(shù)在光學(xué)儀器中的應(yīng)用

人們熟悉的光學(xué)儀器有望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī)、測(cè)距儀、以及日常生活用品中的鏡子、眼鏡、放大鏡等。它們都離不開(kāi)鍍膜技術(shù)，鍍制的薄膜有反射膜、增透膜和吸收膜等幾種。

一般光學(xué)儀器中的光學(xué)系統(tǒng)都由多個(gè)透鏡組成，光線要經(jīng)玻璃界面，會(huì)有相當(dāng)多的光線被反射掉，透過(guò)的光線很少，影響光學(xué)儀器的光學(xué)效果。為了減少反射損耗，增大光線的透過(guò)率，往往在玻璃表面沉積增透膜來(lái)提高光的透過(guò)率。反射膜與增透膜相反，反射膜要求把入射光大部分或幾乎全部反射回去。例如：光學(xué)儀器、激光器、波導(dǎo)管、汽車和燈具的反射鏡都需要鍍反射膜。反射膜有金屬膜和介質(zhì)膜兩種。鍍制金屬高反射膜常用的材料有鋁、銀、金、銅等。為了提高金屬膜表面的抗擦損能力，往往在表面鍍一層保護(hù)膜，如SiO/SiO2/Al2O3。

在激光器和多光束干涉儀反射鏡上，一般沉積低吸收、高反射的全介質(zhì)反射膜。其結(jié)構(gòu)是在基片上交替沉積光學(xué)厚度為λ/4的高、低折射率材料的膜層。

真空鍍膜機(jī)濺射工藝

真空鍍膜機(jī)濺射工藝主要用于真空鍍膜機(jī)濺射刻蝕和薄膜沉積兩個(gè)方面。濺射刻蝕時(shí)，被刻蝕的材料置于靶極位置，受Ar離子的轟擊進(jìn)行刻蝕?？涛g速率與靶極材料的濺射產(chǎn)額、離子流密度和濺射室的真空度等因素有關(guān)。真空鍍膜機(jī)濺射刻蝕時(shí)，應(yīng)盡可能從真空鍍膜機(jī)濺射室中除去濺出的靶極原子。常用的方法是引入反應(yīng)氣體，使之與濺出的靶極原子反應(yīng)生成揮發(fā)性氣體，通過(guò)真空系統(tǒng)從濺射室中排出。沉積薄膜時(shí)，濺射源置于靶極，受Ar離子轟擊后發(fā)生濺射。如果靶材是單質(zhì)的，則在襯底上生成靶極物質(zhì)的單質(zhì)薄膜；若在濺射室內(nèi)有意識(shí)地引入反應(yīng)氣體，使之與濺出的靶材原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而淀積于襯底，便可形成靶極材料的化合物薄膜。通常，制取化合物或合金薄膜是用化合物或合金靶直接進(jìn)行濺射而得。在濺射中，濺出的原子是與具有數(shù)千電子伏的高能離子交換能量后飛濺出來(lái)的，其能量較高，往往比蒸發(fā)原子高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，因而用濺射法形成的薄膜與襯底的粘附性較蒸發(fā)為佳。

若在濺射時(shí)襯底加適當(dāng)?shù)钠珘?，可以兼顧襯底的清潔處理，這對(duì)生成薄膜的臺(tái)階覆蓋也有好處。另外，用真空鍍膜機(jī)濺射法可以制備不能用蒸發(fā)工藝制備的高熔點(diǎn)、低蒸氣壓物質(zhì)膜，便于制備化合物或合金的薄膜。濺射主要有離子束濺射和等離子體濺射兩種方法。離子束濺射裝置中，由離子槍提供一定能量的定向離子束轟擊靶極產(chǎn)生濺射。離子槍可以兼作襯底的清潔處理和對(duì)靶極的濺射。為避免在絕緣的固體表面產(chǎn)生電荷堆積，可采用荷能中性束的濺射。中性束是荷能正離子在脫離離子槍之前由電子中和所致。離子束濺射廣泛應(yīng)用于表面分析儀器中，對(duì)樣品進(jìn)行清潔處理或剝層處理。由于束斑大小有限，用于大面積襯底的快速薄膜淀積尚有困難。等離子體真空鍍膜機(jī)濺射也稱輝光放電濺射。產(chǎn)生濺射所需的正離子來(lái)源于輝光放電中的等離子區(qū)。靶極表面必須是一個(gè)高的負(fù)電位，正離子被此電場(chǎng)加速后獲得動(dòng)能轟擊靶極產(chǎn)生濺射，同時(shí)不可避免地發(fā)生電子對(duì)襯底的轟擊。

引起鍍膜玻璃膜層不均勻原因多方面

二次污染造成的洗凈的玻璃在鍍膜前需經(jīng)過(guò)加熱，抽真空和濺射等過(guò)程，而使玻璃再次污染，從而使玻璃鍍膜后產(chǎn)生。玻璃加熱過(guò)程中再污染是加熱室或?yàn)R射室不干凈，而對(duì)玻璃再污染，這些污染源主要來(lái)源于擴(kuò)散泵返油、加熱室或?yàn)R射室內(nèi)臟、靶玻璃材濺射產(chǎn)生靶灰，殘余氣體壓強(qiáng)高等諸多方面。因?yàn)橐话愕墓腆w物質(zhì)，每單位表面積上的分子數(shù)大約為10個(gè)左右，在常Pa的壓強(qiáng)下，每秒鐘撞表面的分子數(shù)大體上相當(dāng)于覆蓋物質(zhì)積的分子數(shù)。在殘余氣體壓強(qiáng)為10的情況下，假如以每秒一層原子左右的形成速度進(jìn)行鍍膜時(shí)，則蒸發(fā)的原子和殘余氣體的分子幾乎是以相同的幾率碰撞基片。在濺射過(guò)程中在充入氣時(shí)壓強(qiáng)為10～10時(shí)所形成膜的速度和蒸發(fā)條件下基本相同。