光学薄膜离子束辅助蒸发沉积技术新进展

成效 。相信 在高科 技和 光学业 核 电学业 的 飞 速 发 展 ， 人 民生 活 水 平 提 高 的 推 动 下 ， 光 学
薄 膜 离 子 束 辅 助 蒸 发 沉 积 技 术 会 得 到 迅 速 发
展。
参 考 文 献 ［］ 潘 永 强 ， 朱 昌 ， 方 勇 ，斯 瓦德 科 夫 １ 斯 基 ， 斯 坦 科 ． 于 离 子 柬 辅 助 镀 膜 的 两 种 达 用
［］ 杭凌 侠 ， ５ 刘政． Ｂ Ｄ 工 艺中 离子参 ＩＡ 数与 薄膜 折 射率 研 究． 安工 业 大学 学报 ， 西
２０ ０ ７， ２ １ ： ７（ ） １ ５～２ ． ３
在高功率激 光薄膜材料 中， 氧化铅是 一种 常见 的薄膜材 料 ，它具 有从紫 外到 红外较 宽 的透 明 区 域 ， 时 川 花 入 还 具 有 高 的 折 射 率和 同 较高 的抗 激 光损伤 阑值 。在高 功率激 光薄膜
成 分 、 结 构 的 过 程 。 这 一 薄 膜 制 备 手 段 的 优 点 是 ： 合 成 的 薄 膜 致 密 ， 附 着 力 强 ， 能 够 在
低 温 下 合 成 ， 可 以 合 成 一 些 用 常 规 手 段 难 以
获得 的特殊 薄膜 材料 ，等等 。这一 技术 开始 于２ 世纪 ７ 年代 ，Ｎｓ 年代 中期 受到普 遍重 Ｏ Ｏ ｏ 视 ， 目前 已 经 成 为 国 际 上 广 泛 关 注 的 新 型 薄 膜制备手段。 离 子 辅 助 沉 积 技 术 是 一 种 新 型 的 镀 膜 技 术 ， 特 点 是 在 气 相 沉 积 的 同 时 ， 高 能 离 子 其 用 轰 击 基 体 或 薄膜 ， 种 把 离 子 辅 助 与 反 应 蒸 发 这 法结合起来 的镀 膜技术 能够 实现低温成膜 ， 改 善 薄 膜 的 微 观 结 构 、 力 学 性 能 并 提 高 薄 膜 和 基体结合力， 高薄膜的综合性能。 提 二 、 研 究 背 景 对 光 学 薄 膜 的 硬 度 和 环 境 稳 定 性 的 不 断提高 ，促使 人们 开发 离子辅助 镀膜 技术 。 今 天 的用 户 越 来 越 重 视 薄 膜 的 坚 固 性 和 耐 久 性 。典 型 的 要 求 是 优 良 的 光 学 性 能 加 上 最 好 的环 境 稳 定 性 和 较 低 的价 格 。 采 用 离 子 技 术 可 以满 足 上 述 要 求 ， 但 是
模 式端部霍 尔离子源的比较． 空，２ ０ ，４ 真 ０４ １ ８～ １ 水冷 结构。可 以获 得≥１ Ａ ０ 的较大的放 电电流 （５）： ３ ４ ． 而保持在较低温升状 态。 ［］ 顾 培夫， ２ 李海峰， 岳光， 章 刘旭， 晋 唐 发 ． 离子 束 溅射 淀积 的 氧化 物薄膜 的折射 用 ４ ２ 霍 尔 离 子 源 的 工 作 原 理 ． 端 部 霍 尔 等 离 子 体 离 子 源 的 基 本 工 作 原 率． 光学学报， ０ ２ ２ （） ２ ０ ９ ． ２ ０ ， ２ ３ ： ９ ～２ ３ ［］ 张大伟 ， ３ 黄元 中， 贺洪波， 邵建达， 范 理 如 图 １ 示 。 在 这 种 离 子 源 中 环 状 的 阳 极 所 阶 光 被 设 置 在 离 子 源 的 ～ 端 ， 极 则 是 被 加 热 至 炽 正 修 ． 段 离 子 束 辅 助 法 制 备 基 频 减 反 膜 ． 阴 ２ ０ ， １ ） １ ６ ０ ５ ３ ４８ 热 的钨丝 。 由阳极 围住 的空 间构 成离 子源 的 学精 密 工程 ， ７ １ （０ ： ４ —１ ５ ． 电 离 室 。 在 离 子 源 的 后 部 装 置 有 电磁 线 圈或 ［］ 李凌辉 ， ４ 熊胜 明， 中林， 刘洪祥， 张云 永久磁 体， 以产 生沿 轴线方 向并逐渐发散 的磁 洞． 离子束 溅射 淀积光 学薄膜 的膜 厚均 匀性 实
膜。
使 从 位 于 离 子 源 上 方 的 热 阴 极 发 射 出 的 电 子 在 阴极 和 阳 极 电压 的 作 用 下 ， 沿磁 力 线 向 阳极 移 动 ， 于 在 阳极 极 靴 表 面 附 近 区 域 磁 力 线 和 由 电力 线 几 乎 是 正 交 的 ， 以在 交 叉 的 电磁 场 作 所 用 下 ， 子 在 阳 极 表 面 附 近 区 域 ， 成 环 形 的 电 形 霍 尔 电流 。 从 而 增 加 了 电 子 与 所 充 气 体 分 子 或 原子 的碰撞机 率， 高 了气体 的离化 率， 提 在 阳 极 和 通 气 孔 相 交 区 域 形 成 一 个 球 状 的 等 离
其 中 ， Ｗ Ｌ ６ Ｓ 一 ０ 尔 离 子 源 采 用 全 Ｓ 一 、Ｗ Ｌ １霍
场 ， 作 用 是 对 电子 流 产 生 一 定 的 约 束 作 用 ， 其
验 ． 光 电工 程 ， ０ ４ （ １ ： ２０，３）６ ７—７ ． ２
求。而简 单 的在热 蒸镀 中加入 离子 枪 ，进 行 离子束 辅助沉 积 ，则可镀 制 出高质 量的光 学
伤。 ４ 可 以获 得 几 个 安 培 的 离 子 流 ， 因 而 在 、 基 片 上 可 以产 生较 高 的 离 子 流密 度 。 ５ 目前 ， 该 离 子 源 主 要 应 用 于 光 学 领 域 、 中的预清洗和辅助镀膜工 艺。
五 、展 望
几 十 年 来 我 国 的 科 技 工 作 者 在 开 发 新 的 镀 膜 技 术 方 面 作 了大 量 工 作 ， 取 得 了一 定
离子束溅 射有较 高的价格 ， 因此这 种技术 只
用 于 不 多 考 虑 价 格 的 场 合 。 离 子 束 辅 助 沉 积 技术 应 运 而 生 。 三 、 研 究 进 展 由于 荷 能 离 子 与 沉 积 原 子 的 级 联 碰撞 效应 ， 增 加 了 沉 积 原 子 的 迁 移 能 力 ， 减 轻 或 消 除 成 膜 过 程 中 的 阴 影 效 应 。荷 能 离 子 的轰 击还会使 沉积 原子 与基体 原子 问相 互扩散 ， 提 高膜层 与基 片 的附着力 ，从而 可在 低温甚 至 室 温 下 镀 制 出 均 匀 性 强 、 聚 集 密 度 高 、膜 基 结 合 好 的 高 质 量 膜 层 。 轰 击 用 离 子 源 一 般 使 用 考 夫 曼 离 子 源 ， 离 子 束 能 量 从 几 十到 几 一 千 电 子 伏 特 ， 轰 击 离 子 一 般 为 氩 离 子 或 氮 离 子 。 离 子 束 辅 助 沉 积 技 术 初 期 报 导 最 多 和 最 成 功 的是 镀 制 光 学膜 方 面 与 蒸 发 法 连 用 。 热 蒸镀技术 的优 点是 设备简 单 ，并可 容易地镀 制多种物 质 ，但利 用蒸镀 法沉积 出的光பைடு நூலகம்膜 层 常 是 疏 松 的 柱 状 结 构 、 抗 湿 性 、 耐 磨 性 不 能 满 足 许 多 领 域 对 膜 层 高 可 靠 和 长 寿 命 的 要
的 设 计 和 制 备 中 ， 们 常 常 用 肠 和 低 折 射 率 材 人
［ 喻 志 农 ，相 龙 锋 ，薛 唯 ，王 华 ６］ 清 ，卢 维 强 ．离 子 辅 助 反 应 蒸 发 技 术 室 温 制 备 Ｉ 膜 ． 京 理 工 大 学 学 报 ， ０薄 Ｔ 北
是 高 功 率 激 光 薄 膜 研 究 中 的 重 要 内 容 。 离 子 束 辅 助 沉 积 制 备 技 术 在 光 学 薄 膜 特 别 是 光 通 信 薄 膜 、 基 底 不 能 升 温 的 薄 膜 制 备 中 已有 广 泛 的 应 用 ， 该 技 术 在 高 阈 值 薄 膜 制 备 中 的 应 但 用 还 需 要 深 人 的研 究 。 目前 为 止 ， 子 束 辅助 离 沉 积 技 术 是 否 可 以 以 及 如 何 应 用 到 高 功 率 激 光 薄膜 的 制 备 中 都 还 没 有 定 论 。
关键词 ：光 学薄膜 ； 离子束辅 助沉 积：
薄 膜 特 性
离子束辅助沉积 离 子 束 辅 助 沉 积 是 在 气 象 沉 积 镀 膜 的
一
、
同 时 ， 利 用 高 能 粒 子 轰 击 薄 膜 沉 积 表 面 ， 对
薄 膜 表 面 环 境 产 生 影 响 ， 从 而 改 变 沉 积 薄 膜
源。
分量 ， 另一个是指 向离子源轴线 的分 量。后者 使离子 穿过轴线， 但又 会不断地被轴线 附近电 子流 的电场 反射 。因此 ， 端部霍尔离 子源 产生 的离 子束 具有较 大的发 散角 ［ ］ ３ 。另外， 离子 在 离开加速 区时 ， 正好 处于 磁场 的端 部， 并且 引 的离子束 在离 子源 出 口处 被阴极 所发射 的 部 分 电 子 中 和 ， 成 等 离 子 体 。所 以把 这 种 离 形 子 源 叫 做 端 部 霍 尔 等 离 子 体 离 子 源 。从 磁 力 线 的 分 布 我 们 可 以看 到 ， 阳 极 表 面 附近 区 域 在 的 磁 场 强 度 较 大 ， 种 特 殊 的磁 场 分 布 ， 仅 这 不 增加 了离子的发散角度和 离子束流密度 ， 还可 将 离 子 的 能 量 降 低 到 １ ０ Ｙ 右 ， 其 更 利 于 ０ ｅ左 使 光学镀膜的需要。
４ １ Ｗ Ｌ 列 无 栅 离 子 ． Ｓ 系
源
ｌ 灞 灞 承 离 瓣 作 激
ｌ 结 构 比 较 简 单 ， 可 、 以在 真 空 室 内调 整 位 置 以获 得 最 佳 的辅 助 效 果 。 ２、 冷 却 水 、 工 作 气 体 和 电源 的馈 入 均 由 ３ ． 的 安装 孔 引入 。 ２５ ３ 离 子 能 量 ≤ ２ ０ ｖ 不 会 造 成 基 片 损 、 ０ｅ，
光 学薄 膜离 子束辅 助 蒸发沉积 技 术新进展
文◎
摘要 ：本文 介绍 了光 学薄膜 离子 柬辅助
蒸 发 沉 积 技 术 的 进 展 ， 介 绍 了 离 子 源 技 术 以 及 离子束辅助沉积技术对薄膜特性 的影 响。
冯 涛 （ 海 民族 大 学 ） 青
位 差 以及 交 叉 电 磁 场 所 形 成 的 霍 尔 电流 的 共 同加 速 作 用 下 ， 离 子源 体 内 引 出， 速 度 矢 从 其 量 一 般 包 含 两 个 分 量 ， 个 是 直 接 指 向 阴 极 的 一
四 、主要研究方法和研究结果 目前 ， 于 离 子 束 辅 助 沉 积 技 术 的 离 子 用 源 大致 可分 为两类 ：有 栅离子 源和 无栅 离 子 源 ， 栅 离 子 源 中 最 具 代 表 的 是 考 夫 型 霍 尔 有 离 子源 ， 种 源 的特 点 是 ：低 能 、大束 流 、 这 大 的 能 散 度 和 发 散 角 ，但 由于 这 种 离 子 源 的 栅 网在镀 膜 过程 中的损 耗不仅会 影 响所镀膜 层 的 质 量 ， 且 栅 网 的 更 换 既 增 加 成 本 又 费 而 时 。 为 了 满 足 工 业 大 规 模 生 产 的 需 要 和 进 一 步 研 究 离 子 束 辅 助 沉 积 工 艺， 安 工 业 大 学和 西 白 俄 罗 斯 无 线 电 信 息 大 学共 同研 制 了 一 种 端 部 霍 尔等 离子 体 离子 源 。该 源 的尺 寸 （ 径 直 × 高 度 ） ｌ ０× １ ６ ｍ 阴 极 灯 丝 采 用 直 径 为 ３ １ｍ ， ０５ｍ ． ｍ 的钨丝 。在研究过程 中我们分别研究 了 电磁 场 和 永 久 磁 场 两 种 模 式 下 端 部 霍 尔 离 子 源 的 工 作 稳 定 性 、离 子 束 能 量 和 离 子 束 分 布 特性 。无栅 离子源 中介绍 Ｗ Ｌ Ｓ 系列 无栅离子