第三章光学薄膜的制备课件

磁控溅射的工作原理如图所示。与一般溅射 相比，磁控溅射的不同之处是在靶表面设置 一个平行于靶表面的横向磁场，此磁场是放 置于靶内的磁体产生。电子在电场的作用下 加速飞向基体的过程中与氩原子发生碰撞， 若电子具有足够大的能量则电离出和另一个 电子电子飞向基体，在电场的作用下加速飞 向阴极靶并以高能量轰击靶表面，使靶产生 溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子 沉积在基体上形成薄膜。

真空蒸发镀膜：真空条件下加热材料，使
薄膜材料的分子或原子以直线形式向四周 蒸发，从而在被镀零件表面沉积成均匀薄 膜。
1.低真空的获得
获得低真空常采用机械泵，机械泵是运用 机械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使 被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真 空的装置。它可以直接在大气压下开始工作， 极限真空度一般为1.33~1.33×10-1Pa，抽气速 率与转速及空腔体积V的大小有关，一般在每秒 几升到每秒几十升之间。
沉淀速率（微米/分） 绕射性
附着能力
薄膜致密性 薄膜中的气孔 内应力
不太好
密度低 低温时较多 拉应力
较好
密度高 少 压应力
很好密度高ຫໍສະໝຸດ 少 压应力旋片式机械泵通常由转子、定子、 旋片等结构构成。 偏心转子置于定子 的圆柱形空腔内切 位置上，空腔上连 接进气管和出气阀 门。转子中镶有两 块旋片，旋片间用 弹簧连接，使旋片 紧压在定子空腔的 内壁上。转子的转 动是由马达带动的， 定子置于油箱中， 油起到密切、润滑 与冷却的作用。
当转子顺时针转动时，空气由被抽容器通过 进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管 相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。 当转子达到一定位置时，另一旋片把被吸入气体 的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压 强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵 外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中 抽出。
薄膜蒸发技术
热蒸发镀膜
溅射镀膜 离子镀膜
热蒸发：材料被加热时，其原子就会从表面逸出 热蒸发有四种类型。 1. 电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔 或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩 埚中的蒸发物质电阻加热源主要用于蒸发Cd、 Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。 2. 电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低 于2000[618-1]）的材料，即用电子束轰击材 料使其蒸发。 3. 高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚 和蒸发物质。 4. 激光加热

P Q T mV
测量范围：100— 10-1 Pa
②电离真空计是根据气体分子与电子相互碰撞产生
电离的原理制成的。它用来测量高真空度，可测范 围为0.133~1.33×10-6Pa。实验表明，在压强P≤101Pa时，有下列关系成立 I+/Ie=K P 其中Ie为栅极电流，P为气体压强，I+为灯丝发 出电子与气体分子碰撞后使气体分子电离产生正离 子而被板极收集形成的离子电流。K为比例常数。可 见，Ie不变，经过用绝对真空计进行校准，I+的值就 可以指示真空度了。注意，只有在真空度达到10-1Pa 以上时，才可以打开电离规管灯丝。否则，将造成 规管损坏。
真空蒸发镀膜 真空溅射镀膜 真空离子镀膜 三种镀膜方式的比较 比较项目 压强（×133Pa） 粒子能量 中性 离子 真空蒸发镀 真空溅射镀 真空离子镀 膜 膜 膜 10-5~10-6 0.1~1eV － 0.1~70 差 0.15~0.02 0.02~0.005 1~10eV － 0.01~0.5 较好 0.1~1eV 数百到数千 0.1~50 好

油扩散泵的结构如示意图
（2）真空度的测量
热电偶真空计和电离真空计
①热偶真空计是用在低气压下气体的热导率 与气体压强间有依赖关系制成的。它通常用来测 量低真空，可测范围为13.33~0.1333Pa。其中有 一根细金属丝（铂丝或钨丝）以恒定功率加热， 则丝的温度取决于输入功率与散热的平衡关系， 而散热取决于气体的热导率。管内压强越低，即 气体分子越稀薄，气体碰撞灯丝带走的热量就越 少，则丝温越高，从而热偶丝产生的电动势越大。 经过校准定标后，就可以通过测量热偶丝的电动 势来指示真空度了。

（1）高真空的获得
目前，广泛使用的获得高真空的泵就是扩 散泵。扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，它 不能直接在大气压下工作，而需要一定的预备真 空度（1.33~0.133Pa）。油扩散泵的极限真空度 主要取决于油蒸汽压和气体分子的反扩散，一般 能达到1.33×10-5~1.33×10-7Pa。抽气速率与结 构有关，每秒几升~几百升不等。
光学薄膜的制备

一些光学零件的光学表面需要用物理方 法或化学方法镀上一层或多层薄膜，使得光 线经过该表面的反射光特性或透射光持性发 生变化，许多机械加工所采用的刀具表面也 需要沉积一层致密的、结合牢固的超硬镀层 而使其得以硬化，延长其使用寿命，改善被 加工部件的精度和光洁度。
目前，作为物理镀膜方法的真空镀 膜，尤其是纳米级超薄膜制作技术，己 广泛地应用在电真空、无线电、光学、 原子能、空间技术等领域及我们的生活 中。 真空镀膜实质上是在高真空状态下 利用物理方法在镀件的表面镀上一层薄 膜的技术，它是一种物理现象。