第三章光学薄膜的制备课件资料

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。
❖ 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。
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。
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。
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
1~10eV －
0.01~0.5 较好 较好 密度高
0.1~1eV 数百到数千
0.1~50 好 很好
密度高
薄膜中的气孔 低温时较多
少
少
内应力
拉应力
压应力
压应力
❖ 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。
❖ 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。
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
真空蒸发镀 真空溅射镀 真空离子镀
膜
膜
膜
压强（×133Pa） 10-5~10-6 0.15~0.02 0.02~0.005
粒子能量
中性 离子
沉淀速率（微米/分）
绕射性
Fra Baidu bibliotek附着能力
薄膜致密性
0.1~1eV －
0.1~70 差
不太好 密度低
（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。
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。