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光學(xué)薄膜制備技術(shù)范文第1篇

1.1物理氣相學(xué)沉積（PVD）

1）熱蒸發(fā)

光學(xué)薄膜器件主要采用真空環(huán)境下的熱蒸發(fā)方法制造，此方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作方便。盡管光學(xué)薄膜制備技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，但是真空熱蒸發(fā)依然是最主要的沉積手段，當(dāng)然熱蒸發(fā)技術(shù)本身也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)。

2）濺射

濺射指用高速正離子轟擊膜料（靶）表面，通過(guò)動(dòng)量傳遞，使其分子或原子獲得足夠的動(dòng)能面從靶表而逸出（濺射），在被鍍件表面凝聚成膜。其膜層附著力強(qiáng)，純度高，可同時(shí)濺射多種不同成分的合金膜或化合物。

3）離子鍍

離子鍍兼有熱蒸發(fā)的高成膜速率和濺射高能離子轟擊獲得致密膜層的雙優(yōu)效果，離子鍍膜層附著力強(qiáng)、致密，離子鍍常見(jiàn)類(lèi)型：蒸發(fā)源和離化方式。

4）離子輔助鍍

在熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中增設(shè)離子發(fā)生器――離子源，產(chǎn)生離子束，在熱蒸發(fā)進(jìn)行的同時(shí)，用離子束轟擊正在生長(zhǎng)的膜層，形成致密均勻結(jié)構(gòu)（聚集密度接近于1），使膜層的穩(wěn)定性提光學(xué)薄膜制備技術(shù)高，達(dá)到改善膜層光學(xué)和機(jī)械性能。

離子輔助鍍技術(shù)與離子鍍技術(shù)相比，薄膜的光學(xué)性能更佳，膜層的吸收減少，波長(zhǎng)漂移極小，牢固度好，該技術(shù)適合室溫基底和二氧化鈦等高熔點(diǎn)氧化物薄膜的鍍制，也適合變密度薄膜、優(yōu)質(zhì)分光鏡和高性能濾光片的鍍制四。

1.2化學(xué)氣相沉積（CVD）

化學(xué)氣相沉積（CVD）一般需要較高的沉積溫度，而且在薄膜制備前需要特定的先驅(qū)反應(yīng)物，通過(guò)原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑來(lái)生成固態(tài)薄膜的技術(shù)，CVD技術(shù)制備薄膜的沉積速率一般較高。但在薄膜制備過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生可燃、有毒等一些副產(chǎn)物。

1.3化學(xué)液相沉積（CLD）

化學(xué)液相沉積（CLD）工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，但膜層厚度不能精確控制，膜層強(qiáng)度差，較難獲得多層膜，還造成廢水、廢氣污染的問(wèn)題。

2光學(xué)薄膜的應(yīng)用

2.1應(yīng)用于照明設(shè)備

利用光學(xué)薄膜的干涉特性，選擇性地吸收，反射或透射照明光源中的紅外輻射能量，己成為近年熱性能光學(xué)控制薄膜的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。其中對(duì)可見(jiàn)光具有很高透過(guò)率的紅外高反射薄膜，用于白熾燈、鹵素?zé)?、低壓鈉燈等照明光源上，既可提高能量利用率，又能改變光源光譜的能量分布，滿足特定照明的需求。紅外高反射薄膜中用途較廣的是金屬-介質(zhì)復(fù)合膜和全介質(zhì)多層干涉膜。

采用氧化錫膜系結(jié)構(gòu)的金屬價(jià)質(zhì)復(fù)合膜，用熱蒸發(fā)方法鍍制于白熾燈玻殼內(nèi)表而，可使白熾燈的相對(duì)光譜能量分布中紅外輻射能量近乎為零，而可見(jiàn)光的光譜能量卻較未鍍膜時(shí)有所增加，使相同功率的鍍膜白熾燈輸出光通量較普通燈泡變大，起到了一定的節(jié)能作用。

但是，金屬――介質(zhì)復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較差，而且其光學(xué)特性也不夠理想，因此，目前用于高溫照明光源的薄膜大多選用全介質(zhì)膜系結(jié)構(gòu)。據(jù)稱(chēng)，采用二氧化鈦等多層全介質(zhì)干涉膜系、鍍制在鹵素?zé)舻恼婵詹Ａ艄芡獗?，?jié)能已達(dá)到15%――40%，而且這類(lèi)膜系屬于硬膜，除了具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性外，還有良好的機(jī)械特性。其中適用于高功率鹵素?zé)簦ǔＳ糜趶?fù)印機(jī)曝光燈）和鈉燈等光源的較理想是多層介質(zhì)膜。該薄膜的光學(xué)特性基本上不受溫度影響，具有良好的耐熱性。

2.2應(yīng)用于光纖通信

光纖系統(tǒng)也像電子線路系統(tǒng)一樣，需要許多無(wú)源器件來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖光路的連接，分路，合路，交換，隔離以及控制或改變光信號(hào)的傳播特性。光學(xué)薄膜在其中一些儀器中起著十分重要的作用。在透鏡擴(kuò)束式連接器中，透鏡表而需要鍍制減反射膜，消除菲涅爾反射的影響。在光纖定向藕合器中，部分反射介質(zhì)膜鍍制在兩透鏡的結(jié)合而上。這種微光元件組成的定向藕合器，結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，插入損耗較低（1dB），對(duì)膜的功率分配不敏感，因此得到很多應(yīng)用。部分介質(zhì)反射膜也可以鍍制在直角棱鏡斜而上，構(gòu)成一種T形藕合器。另有一種光波分復(fù)用器（WDM），屬于波長(zhǎng)選擇性藕合器，是用來(lái)合成不同波長(zhǎng)的光信號(hào)或者分離不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的無(wú)源器件。WDM可用各種方法設(shè)計(jì)制造，其中干涉濾波器型WDM器件的主要特點(diǎn)是信道帶寬平坦，插入損耗低，結(jié)構(gòu)尺寸小，性能穩(wěn)定。它是利用多層介質(zhì)膜作為濾波器，具體結(jié)構(gòu)有兩類(lèi)：一類(lèi)為干涉濾波器，另一類(lèi)為吸收濾波器。兩者都可用介質(zhì)薄膜構(gòu)成。WDM膜系一般采用1/4波長(zhǎng)的厚度，只在兩邊利用不規(guī)則的厚度。采用1/4波長(zhǎng)厚度膜系的監(jiān)控方法簡(jiǎn)單，極值法具有自動(dòng)補(bǔ)償單層膜監(jiān)控誤差。膜系一般采用多個(gè)F-P腔的形式，鍍膜的材料采用常用的材料二氧化鈦。

目前光通信系統(tǒng)中實(shí)用的有源器件是摻鉺光纖放大器（EDFA）。采用光學(xué)鍍膜濾光片是常用的一種改善EDFA的增益平坦的手段，另外在EDFA后，探測(cè)器前放置一塊窄帶濾光片可以減少噪聲的影響。

2.3應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施

有一種遮陽(yáng)節(jié)能簾膜在農(nóng)業(yè)上用于種植大棚，其功能主要體現(xiàn)在：當(dāng)夏天氣溫過(guò)高時(shí)，反射太陽(yáng)光，阻擋紅外輻射，使棚內(nèi)溫度不至升得太高，起遮陽(yáng)降溫的作用；當(dāng)冬天氣溫過(guò)低時(shí)，反射地表熱輻射，使棚內(nèi)溫度不至降得過(guò)低，起到保溫節(jié)能的作用。我國(guó)從1997年起開(kāi)始自行研制新型遮陽(yáng)節(jié)能簾膜，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，終于獲得成功。新型遮陽(yáng)節(jié)能簾膜系采用在高分子基質(zhì)材料上真空鍍鋁膜而制成的。因?yàn)殇X鍍膜層對(duì)塑料的附著力強(qiáng)，富有金屬光澤；而且鋁在所要求的波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射率較高，厚度40nm的鋁鍍膜層的反射率達(dá)到90%，所以其保溫節(jié)能性能、耐氣候老化性能、耐腐蝕性能、傳熱性能等都達(dá)到了國(guó)際水平，有的性能甚至超過(guò)了一些發(fā)達(dá)國(guó)家同類(lèi)產(chǎn)品。另外，高純度的鋁價(jià)格比較便宜，這是其他鍍膜材料所不及的。目前我國(guó)己能穩(wěn)定地、大規(guī)模地生產(chǎn)新型遮陽(yáng)節(jié)能簾膜，且性能價(jià)格比優(yōu)于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品。

光學(xué)薄膜制備技術(shù)范文第2篇

硅碳氧薄膜是一種含有Si、C和O三種元素的玻璃狀化合物材料，同時(shí)擁有碳化硅薄膜及氧化硅薄膜多種優(yōu)異的特性，如熱穩(wěn)定性好、能帶寬、折射率大、硬度高和熱導(dǎo)率高等，是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新穎光學(xué)薄膜.基于硅碳氧薄膜的紫外/可見(jiàn)/近紅外透射光譜，采用Swanepoel極值包絡(luò)線法，結(jié)合WDD色散模型，建立了一套精確、方便并適合于計(jì)算硅碳氧薄膜光學(xué)常數(shù)的方法.方便地獲得了硅碳氧薄膜折射率、厚度等光學(xué)常數(shù).并將厚度計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行了比較.結(jié)果表明，試驗(yàn)中研究硅碳氧薄膜光學(xué)常數(shù)所采用的方法是合理的，能夠準(zhǔn)確地獲得硅碳氧薄膜的折射率及厚度等光學(xué)常數(shù).

關(guān)鍵詞：

透射光譜；硅碳氧薄膜；光學(xué)常數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：

O 484.4+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Determination of the Optical Properties of Silicon Oxycarbide

Thin Films from Transmission Spectra

ZHANG Ping1， LI Chen2， CHEN Tao2， WANG Duo-shu2

（1.School of Physics and Electrical Engineering， Taizhou University， Taizhou 318000，

China； 2.Lanzhou Institute of Physics， Lanzhou 730000， China）

Abstract：

Silicon oxycarbide（SiCO）thin films，an advanced optical material，have many preferred properties，such as high thermal conductivity，low thermal expansion coefficient，high hardness，etc.By combining Swanepoel’s theory and the WDD dispersion model，a simple method is established to determine the optical constants of SiCO films directly from the corresponding transmission spectra.The results show that the calculated film thickness is in satisfactory agreement with the result derived from Step Tester Dektak 8，indicating the reliability and feasibility of the method in determining the optical constants of SiCO films.

Key words：

transmission spectra； silicon oxycarbide films； optical properties

0 前 言

硅碳氧（SiCxO4-x）薄膜是一種含有Si、C和O三種元素的玻璃狀化合物材料，同時(shí)擁有碳化硅薄膜及氧化硅薄膜多種優(yōu)異的特性，如熱穩(wěn)定性好、能帶寬、折射率大、硬度高和熱導(dǎo)率高等.由于其優(yōu)越的光學(xué)和力學(xué)性能，硅碳氧薄膜是一種更具潛在應(yīng)用價(jià)值的新穎光學(xué)薄膜[1-2]，可以用作硅基光電子器件、硅基太陽(yáng)能電池的增透膜以及窗口層材料.作為功能型光學(xué)膜層，薄膜的光學(xué)常數(shù)（如折射率、 色散常數(shù)、厚度等）是其光學(xué)性能的直接體現(xiàn)，如何方便而準(zhǔn)確地獲得薄膜的光學(xué)常數(shù)對(duì)于其應(yīng)用具有十分重要的意義.

測(cè)量薄膜光學(xué)常數(shù)的方法很多，通常分為非光學(xué)方法和光學(xué)方法兩大類(lèi).非光學(xué)方法有著穩(wěn)定性好、分辨率高和測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但一般只用于測(cè)試薄膜的厚度，而且在測(cè)試過(guò)程中會(huì)對(duì)樣品造成二次損害，限制了這類(lèi)方法在光學(xué)薄膜測(cè)試中的應(yīng)用[3].光學(xué)方法中應(yīng)用最廣泛的是光譜法和橢圓偏振法.橢圓偏振法在運(yùn)用過(guò)程中需要的設(shè)備及計(jì)算模型都較為復(fù)雜，而且在測(cè)試薄膜厚度較小、折射率相近的樣品時(shí)所得的結(jié)果偏差較大[3].1983年，Swanepoel[4]報(bào)道了一種基于透射光譜獲得弱吸收薄膜光學(xué)常數(shù)的方法，該方法稱(chēng)為Swanepoel極值包絡(luò)線法.由于透射光譜的測(cè)量精度比較高，因而該方法在確定弱吸收薄膜光學(xué)常數(shù)方面得到了廣泛的應(yīng)用[5-8].結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確地得到薄膜的光學(xué)常數(shù).

從透射光譜中可以看出，硅碳氧薄膜屬于典型的弱吸收薄膜[2]，適用于采用Swanepoel極值包絡(luò)線法直接計(jì)算薄膜的光學(xué)常數(shù)，但未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道.為此，本文試圖根據(jù)硅碳氧薄膜的紫外、可見(jiàn)及紅外透射光譜，采用Swanepoel極值包絡(luò)線法結(jié)合WDD色散關(guān)系，建立一套精確、方便并適合于計(jì)算硅碳氧薄膜光學(xué)常數(shù)的方法.同時(shí)將薄膜厚度的計(jì)算值與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證該方法的精確度.

1 試 驗(yàn)

本試驗(yàn)采用射頻磁控濺射設(shè)備，以Ar作為工作氣體、硅碳氧陶瓷靶作為濺射靶材，在K9玻璃上制備了硅碳氧薄膜，并經(jīng)特殊處理在樣品上做了一個(gè)臺(tái)階.在K9玻璃上沉積薄膜主要用于測(cè)試薄膜的透射光譜，所制作的臺(tái)階用于測(cè)試薄膜的厚度.試驗(yàn)前，使用超聲波清洗機(jī)，把基片放在丙酮及無(wú)水酒精中各超聲清洗15 min.所有試驗(yàn)本底壓強(qiáng)均為3×10-3Pa，在打開(kāi)擋板沉積薄膜前，利用等離子體轟擊靶材10 min，便于清洗靶材表面及穩(wěn)定等離子體.沉積薄膜時(shí)的工作壓強(qiáng)為1 Pa，射頻濺射功率為300 W，沉積時(shí)間為30 min.沉積時(shí)，基片溫度保持在150±3 ℃.

最后，采用美國(guó)PerkinElmer公司生產(chǎn)的紫外/可見(jiàn)/近紅外光度計(jì)（Lambda 900）獲得了以K9玻璃為基片的樣品在250～1 800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射光譜，如圖1所示.采用美國(guó)Veeco精密儀器有限公司Dektak 8探針式輪廓儀（臺(tái)階儀）測(cè)試了樣品薄膜厚度，為619.2 nm.

2 結(jié)果與討論

2.1 薄膜樣品的透射光譜及光學(xué)常數(shù)計(jì)算方法

圖1給出了K9玻璃及硅碳氧薄膜的透射光譜圖.從圖1中可以看出，K9玻璃在光譜測(cè)試范圍內(nèi)有較好的透射性能，并且透射率一致性也較好.硅碳氧薄膜的透射率隨光波波長(zhǎng)存在著振蕩現(xiàn)象，這種變化源于光在兩個(gè)界面即空氣薄膜及薄膜基片界面的干涉現(xiàn)象[4].在吸收邊附近，干涉帶逐漸消失，且膜層的透射率由于本征吸收急劇下降.

對(duì)于沉積在具有一定厚度的透明基片上厚度均勻的薄膜，其示意圖如圖2所示（見(jiàn)下頁(yè)）.圖中分別用ds和ns表示基片的厚度和折射率，用d和n表示薄膜的厚度和折射率，用α和κ表示薄膜的吸收系數(shù)和消光系數(shù).根據(jù)Swanepoel[4]的觀點(diǎn)，對(duì)于圖2（見(jiàn)下頁(yè)）所示的光學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)滿足dds且κ2n2（弱吸收）的情況下，薄膜的透射率T可以用下式表示：

式（2）和式（3）中，透射光譜的上、下包絡(luò)線TM及Tm可以看成是波長(zhǎng)λ的連續(xù)函數(shù)，可以通過(guò)對(duì)樣品透射光譜的極值進(jìn)行擬合得到.在TM和Tm確定之后，聯(lián)立上述方程，就可以很方便地獲得薄膜的光學(xué)常數(shù).采用包絡(luò)線法計(jì)算光學(xué)常數(shù)時(shí)，要先將透射光譜按對(duì)不同譜段吸收的強(qiáng)弱分為弱吸收區(qū)、中等吸收區(qū)及強(qiáng)吸收區(qū).在本研究中，我們劃定波長(zhǎng)λ≥800 nm為膜層的弱吸收區(qū)域，600 nm≤λ≤ 800 nm為中等吸收區(qū)域，λ≤600 nm為強(qiáng)吸收區(qū)域.

采用Swanepoel方法結(jié)合WDD色散模型確定薄膜光學(xué)常數(shù)的方法主要包括以下五步：（1）根據(jù)樣品透射光譜，確定上、下包絡(luò)線TM及Tm；（2）基于弱吸收和中等吸收區(qū)域的包絡(luò)線計(jì)算該光譜區(qū)域內(nèi)膜層折射率；（3）采用WDD色散模型對(duì)計(jì)算得到的折射率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得色散常數(shù)；（4）將計(jì)算得到的折射率數(shù)據(jù)外推至強(qiáng)吸收區(qū)域，獲得強(qiáng)吸收波段的折射率；（5）代入薄膜厚度計(jì)算公式獲得薄膜厚度.

2.2 薄膜樣品的折射率、 厚度和色散常數(shù)

對(duì)于弱吸收及中等吸收區(qū)（λ≥600 nm），折射率可以通過(guò)下式計(jì)算而得：

式中，C1、C2、C3、C4、C5、C6分別是1.039 612 12、0.006 000 698 67、0.231 792 344、0.020 017 914 4、1.010 469 45、103.560 Y653.

由公式（5）計(jì)算得到硅碳氧薄膜樣品的折射率數(shù)據(jù)如圖3中實(shí)線所示.表1給出了薄膜透射光譜極大（小）值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)、透射率及折射率.作為比較，在圖3中還給出了由WDD色散關(guān)系推導(dǎo)獲得的薄膜折射率數(shù)值，如圖3中虛線所示.

由于式（1）是在κ2n2（弱吸收）的條件下得到的，對(duì)于強(qiáng)吸收區(qū)，該公式將不再適用，該區(qū)域的折射率數(shù)值可由WDD單振子色散模型得到.WDD單振子色散模型是Wemple[9]等在1971年提出，認(rèn)為折射率與單振子能量E0及散射能量Ed存在如下關(guān)系：

根據(jù)式（6）及已獲得的折射率數(shù)據(jù)，作（n2-1）-1隨E2的變化曲線，并進(jìn)行線性擬合.然后根據(jù)該直線的斜率與y軸的交點(diǎn)可以獲得E0與Ed.并且根據(jù)擬合的直線向強(qiáng)吸收區(qū)域外推，便可得到該區(qū)域薄膜的折射率.

圖3內(nèi)的插圖為WDD色散關(guān)系圖.插圖內(nèi)的實(shí)線為擬合的直線.可以看出，所獲得的結(jié)果和直線擬合得較好，表明采用WDD色散模型研究所討論的薄膜體系是合理的.根據(jù)線性擬合結(jié)果，得到薄膜的E0和Ed值分別是5.2 eV和13.9 eV.

將式（6）外推至短波區(qū)域，即可估算出強(qiáng)吸收區(qū)域薄膜的折射率，如圖3中虛線所示.在光譜的強(qiáng)吸收區(qū)域，兩種方法獲得的折射率差異較大，是由于包絡(luò)線法不再適用造成的.

采用上述計(jì)算得到的折射率數(shù)據(jù)，可以根據(jù)式（7）得到一系列薄膜厚度：

式中，n1、n2為透射光譜中兩個(gè)相鄰的極大值（極小值）λ1、λ2處對(duì)應(yīng)折射率，且有λ1>λ2.計(jì)算結(jié)果如表1所示，對(duì)薄膜厚度計(jì)算的平均值為606.8 nm，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方差為2.41%.測(cè)試的薄膜厚度值為619.2 nm.結(jié)果表明，根據(jù)本方法計(jì)算獲得的薄膜厚度與測(cè)量值比較接近，兩值相對(duì)誤差僅為2.0%.從而間接驗(yàn)證了該方法可以較為準(zhǔn)確地獲得薄膜的折射率、厚度等光學(xué)常數(shù).

3 結(jié) 論

基于硅碳氧薄膜的透射光譜，根據(jù)Swanepoel極值包絡(luò)線法以及WDD色散模型，建立一套精確、方便并適合于計(jì)算硅碳氧薄膜光學(xué)常數(shù)的方法.結(jié)果顯示，在透射光譜的弱吸收區(qū)，兩種方法給出的結(jié)果有極好的吻合性，表明采用Swanepoel極值包絡(luò)線法以及WDD色散模型來(lái)研究硅碳氧薄膜光學(xué)常數(shù)的計(jì)算是合理的.薄膜厚度的計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值相對(duì)誤差僅為2.0%，更進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確度及可靠性.該工作有益于指導(dǎo)硅碳氧薄膜的制備及應(yīng)用研究.

參考文獻(xiàn)：

[1] 張平，羅崇泰，陳燾，等.碳化硅薄膜制備方法及光學(xué)性能的研究進(jìn)展[J].真空與低溫，2009，15（4）：193-198.

[2] 李晨，陳燾，王多書(shū)，等.硅碳氧薄膜光學(xué)性能研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)，2012，32（8）：732-735.

[3] 陳燕平，余飛鴻.薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)的主要測(cè)試方法[J].光學(xué)儀器，2006，28（6）：84-88.

[4] Swanepoel R.Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon[J].J Phys，1983，16：1214-1222.

[5] 梁麗萍，郝建英，秦梅，等.基于透射光譜確定溶膠凝膠ZrO2薄膜的光學(xué)常數(shù)[J].物理學(xué)報(bào)，2008，57（12）：7906-7911.

[6] Ilican S，Caglar M，Caglar Y.Determination of the thickness and optical constants of transparent indium-doped ZnO thin films by the envelope method[J].Materials Science-Poland，2007，25（3）：709-718.

[7] Shaaban E R.Optical characterization of arsenic sulfide semiconducting glass films using the transmittance measurements[J].Materials Chemistry and Physics，2006，100：411-417.

光學(xué)薄膜制備技術(shù)范文第3篇

關(guān)鍵詞： 防反射膜，高折射層，低折射層，專(zhuān)利

1 前言

在PDP、CRT、LCD等顯示器中，從外部向畫(huà)面照射光線，會(huì)發(fā)生該光產(chǎn)生反射而無(wú)法看見(jiàn)顯示圖像的情況，尤其是近年來(lái)，伴隨著顯示器的大型化，解決上述問(wèn)題變成越來(lái)越重要的課題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)各種顯示器進(jìn)行各種防反射處理和防眩處理，作為其中一種方法，在各種顯示器上使用防反射薄膜。

防反射薄膜是通過(guò)在透明支持體上形成具有適宜厚度和比透明支持體的折射率低的膜制品。為了提高防反射性，由多層薄膜形成的防反射層通常具有由高折射率和低折射率層組成的層狀結(jié)構(gòu)。防反射膜的生產(chǎn)可以采用物理氣相學(xué)沉積（ PVD）、 化學(xué)氣相沉積（ CVD） 和化學(xué)液相沉積（ CLD） 3 種技術(shù)來(lái)制備光學(xué)薄膜，上述方法制作防反射膜要求條件復(fù)雜，成本高。為避免CVD苛刻的加工條件及制造成本高的問(wèn)題，當(dāng)前濕法涂布技術(shù)（即涂布法制備防反射薄膜）取代干法工藝是制造防反射膜的發(fā)展趨勢(shì)。然而，采用濕式處理法制備的防反射薄膜與采用干式處理法制備的防反射膜相比，產(chǎn)生表面硬度、耐擦傷性差、光學(xué)性能差、耐溶劑性差的技術(shù)問(wèn)題。因此，對(duì)涂層材料的折射率研究是推廣濕法工藝研究的關(guān)鍵技術(shù)，不同折射率涂層的實(shí)現(xiàn)，除聚合體系與固化膜層的光學(xué)性能相關(guān)外，需要加入不同的材料來(lái)改善膜的光學(xué)參數(shù)及機(jī)械性能。

2 低折射率層材料研究進(jìn)展

2.1氟聚合物

為了獲得低的反射，優(yōu)選將折射率盡可能低的材料用于低折射層。由于防反射膜薄膜設(shè)置于顯示器的最外面，因此，該薄膜需要高的耐擦傷性。為了獲得耐擦性高且厚度約100nm的薄膜，薄膜本身的強(qiáng)度和其與下面層的牢固粘合是必需的。

低折射率的涂層可通過(guò)加入低折射率的氟化物或含氟丙烯酸酯聚合物或預(yù)聚物來(lái)調(diào)整涂層涂料的折射率，例如氟化鎂、含氟（甲基）丙烯酸酯的共聚物、偏二氟乙烯與四氟乙烯的共聚物及含氟單官能（甲基）丙烯酸酯或含氟二官能（甲基）丙烯酸酯與其他多官能（甲基）丙烯酸酯的共聚物。一般情況下，涂層的折射率與涂層材料分子結(jié)構(gòu)中的氟的百分含量有關(guān)，即增加氟的含量會(huì)降低涂層的折射率，這些聚合物通過(guò)調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)中氟原子取代基的含量及共聚物的結(jié)構(gòu)單元，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聚合物的低折射率和其他物理性能，這類(lèi)含氟聚合物的折射率一般為1.3～1.5，目前已有多種含氟聚合物用于生產(chǎn)。

日本油脂株式會(huì)社[1]提供了一種減反射膜，它包括透明基板和一個(gè)低折射率材料層，其中低折射率材料層包括如下式（1）所示的含氟多官能（甲基）丙烯酸酯，式中R1、R2、R3和R4是相同或不同的基團(tuán)，表示氫原子、丙烯?；蚣谆；?，且R1與R2中的至少一個(gè)以及R3與R4中的至少一個(gè)表示丙烯酰基或甲基丙烯?；?；R表示有2個(gè)以上氟原子、2～12個(gè)碳原子的氟亞烷基，減反射膜由于具有上述低折射率材料層，兼?zhèn)涞驼凵渎?、高表面硬度和高粘合力，可?yīng)用于各種用途。

美國(guó)3M公司[2]使用由官能性含氟聚合物和丙烯酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物形成的低折射層，形成共交聯(lián)的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)。反應(yīng)機(jī)理是丙烯酸酯相的多官能成分與含氟聚合物相共價(jià)交聯(lián)。另外，交聯(lián)使得含氟聚合物相和丙烯酸酯相顯著地纏結(jié)，由此形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)或IPN，可顯著改變膜的光反射/吸收特性以及耐久性能。

日本化藥株式會(huì)社[3]提供了一種防反射膜，其具備基板膜、硬涂層和低折射率層的防反射膜，在基板膜上依次層積有硬涂層和低折射率層，該低折射率層具有比該硬涂層低的折射率，低折射率層由感光性樹(shù)脂組合物構(gòu)成，感光性組合物含有分子內(nèi)具有至少3個(gè)以上（甲基）丙烯?；亩喙倌埽谆┍┧狨ァ⒛z態(tài)二氧化硅、以及作為表面改性劑的具有丙烯?；挠袡C(jī)改性二甲基聚硅氧烷和丙烯酸酯改性全氟聚醚。該防反射膜可以降低反射率，同時(shí)可以提高表面的耐擦傷性和防污性。

2.2 無(wú)機(jī)微粒

為了提高低折射層的耐磨效果，向氟聚合物中添加無(wú)機(jī)微粒是一種普遍被采用的方法。近兩年的專(zhuān)利中也有新的技術(shù)發(fā)表，例如，富士[4]公開(kāi)了一種防反射薄膜，它包括在含有具有陰離子基團(tuán)的聚合物粘結(jié)劑的抗靜電層上形成的具有1.20～1.55的折射指數(shù)的低折射指數(shù)層，在該抗靜電層中分散有金屬氧化物微粒，例如摻雜銻的氧化錫（ATO）和摻雜錫的氧化銦。

富士[5]在其技術(shù)中也使用一種中空二氧化硅粒子與一種大尺寸無(wú)機(jī)細(xì)粒組合分散到氟樹(shù)脂聚合物中。中空二氧化硅細(xì)粒平均粒徑為40～60nm，無(wú)機(jī)細(xì)粒的粒徑要大于中空二氧化硅細(xì)粒，但不能大于涂膜厚度的30%～80%。中空二氧化硅顆粒的平均粒徑R1與大尺寸無(wú)機(jī)細(xì)粒的平均粒徑R2的比之R1：R2為0.6～0.8，因此無(wú)機(jī)細(xì)粒的粒徑應(yīng)為45～65nm。此種無(wú)機(jī)細(xì)粒為金屬的氧化物，用量應(yīng)為占涂層總固含量的45%～60%。

琳得科株式會(huì)社[6]在低折射層中摻入比重為1.7～1.9，折射率為1.25～1.36和平均粒徑在20～100nm的范圍內(nèi)的多孔性二氧化硅顆粒，通過(guò)使用該性狀的多孔性二氧化硅顆粒，能獲得防反射性能優(yōu)異的防反射薄膜。

3高折射層技術(shù)研究進(jìn)展

高折射層技術(shù)研究主要集中在高折射層成膜樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)選擇和改性，以及金屬氧化物的研究。高折射率層除了選擇光聚合成膜體系具有高折光率外，一般需要摻雜無(wú)機(jī)納米氧化物來(lái)提高涂層的折射率，用于提高折射率的納米氧化物有氧化鈦、氧化鋯、氧化銻、氧化銦錫等，這些氧化物的折射率一般在1.9～2.4左右。

柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會(huì)社[7]，高折射層采用（a）平均一次粒徑為10～150nm的金屬氧化物微粒，（b）金屬化合物，通式為AnMBx-n，（M表示金屬原子，A表示可以水解的官能團(tuán)或者具有可以水解的官能團(tuán)的烴基，B表示在金屬原子M上共價(jià)結(jié)合或粒子鍵合的原子團(tuán)，X表示金屬原子M的原子價(jià)，n表示2～x的整數(shù)）優(yōu)選烷氧基鈦，烷氧基鋯或它們的螫合物，添加量?jī)?yōu)選為其所含金屬組分占0.3～5質(zhì)量%，（c）電離輻射固化型樹(shù)脂。

為了提供透明性、機(jī)械強(qiáng)度、抗靜電性和防反射性都優(yōu)異的防反射疊層體以及使用該防反射疊層體的光學(xué)元件，日本瑞翁株式會(huì)社[8]在透明塑料薄膜上直接或通過(guò)其他層按順序?qū)訅旱母哒凵渲笖?shù)層和其折射指數(shù)低于該高折射指數(shù)層的低折射指數(shù)層，該高折射指數(shù)層優(yōu)選具有導(dǎo)電性微細(xì)顆粒，以及活化能量射線固化性樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂中的至少一種，導(dǎo)電性微細(xì)顆粒優(yōu)選是五氧化二銻和/或摻雜磷的氧化錫的微細(xì)顆粒。

4.其他性能改進(jìn)

除了對(duì)低折射層和高折射層的防反射性能改進(jìn)，人們對(duì)如如何滿足抗反射膜的防污、防塵要求、如何使防反射膜的反射色具有適度的色彩等的性能也作了研究。

TDK株式會(huì)社[9]提出了一種能夠形成提高防污性、防污耐久性、耐擦傷性、抗磨損性等的硬涂用組合物。該硬涂用組合物是內(nèi)含（A）活化能量線固化性硅酮丙烯酸共聚物、（B）活化能量線固化性多官能化合物及（C）導(dǎo)電性材料的硬涂用組合物，其中，該（A）活化能量線固化性硅酮丙烯酸共聚物具有（a-1）聚硅氧烷嵌段、（a-2）含活化能量線固化性雙鍵基團(tuán)的丙烯酸嵌段及（a-3）含氟烷基的丙烯酸嵌段。

旭硝子株式會(huì)社[10]提供了一種反射色具有適度的色彩的同時(shí)其多色化得到抑制的防反射層疊體。防反射層疊體（1）具有基體（2）和層疊于該基體（2）的防反射層（3）。該防反射層（3）具有4層結(jié)構(gòu)，自基體側(cè)依次具有第一折射率層（31）、第二折射率層（32）、第三折射率層（33）和第四折射率層（34）。此外，第一折射率層（31）的折射率為1.6～1.9，第二折射率層（32）的折射率為2.2～2.5，第三折射率層（33）的折射率為2.0～2.3，第四折射率層的折射率（34）為1.2～1.5，且第二折射率層（32）的折射率比第三折射率層（33）的折射率大。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）在顯示器領(lǐng)域，防反射膜的技術(shù)改進(jìn)一直廣受關(guān)注。為了降低傳統(tǒng)干式制備方法帶來(lái)的成本高問(wèn)題，人們傾向于用濕法制備防反射膜，然而，濕法帶來(lái)防反射膜反射性差、耐擦傷性差的技術(shù)問(wèn)題。因此，目前研究熱點(diǎn)集中在如何對(duì)防反射膜的各層材料進(jìn)行改進(jìn)來(lái)提高防反射膜的防反射性、耐擦傷性、防塵性等。

（2）盡管防反射膜的技術(shù)改進(jìn)已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，但兼?zhèn)渑c干式法相同的低折射率和表面機(jī)械性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本化仍存在挑戰(zhàn)。對(duì)于無(wú)機(jī)微粒的粒徑控制及填充技術(shù)、濕法與干法相結(jié)合的制備方法將是防反射膜技術(shù)的重點(diǎn)研發(fā)方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 吉田達(dá)朗.多氟多官能（甲基）丙烯酸酯、含氟單體組合物、低折射率材料以及減反射膜[P].CN1189149.1998-7-29.

[2] 景乃勇.涂敷性能和耐久性得到提高的低折射率含氟聚合物組合物 [P].CN101095066.2005-12-19.

[3] 平良義彥，中島亮太.感光性樹(shù)脂組合物和防反射膜. [P].CN104379620.2015-2-25.

[4] 中村謙一.防反射薄膜及圖像顯示裝置[P]. JPH11218604. 1999-08-10.

[5] 池電顯，安藤工，米山博之.固化組合物、抗反射薄膜及其生產(chǎn)方法、偏振片以及圖像顯示裝置[P].CN101052685. 2005-9-21.

[6] 所司悟，小野澤豐，富岡健太.防反射薄膜[P].CN101099093. 2008-1-2.

[7] 小島良和，前島勝己，池田俊之.防反射膜、防反射膜的制法、偏振片及顯示裝置[P]，CNl821813.2006-02-13.

[8] 波多野拓，豐胝芤.防反射疊層體和光學(xué)元件. [P].CN1101002114.2007-7-18.

光學(xué)薄膜制備技術(shù)范文第4篇

關(guān)鍵詞：化學(xué)氣相沉積 鍍膜機(jī) 溫度 氣體流量 控制 精度

1、前言

低溫等離子體廣泛應(yīng)用于鍍膜、半導(dǎo)體刻蝕等新材料制造領(lǐng)域。其中射頻放電電容耦合等離子體（CCP）是射頻等離子體的重要方式[1]。在射頻電源作用下，平行板電極間的氣體放電激發(fā)等離子體，等離子體在電磁場(chǎng)的作用下沉積在基片上形成薄膜。本文研究利用射頻等離子體進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）制備（類(lèi)）金剛石薄膜的工藝過(guò)程[2]。對(duì)原有的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，開(kāi)發(fā)了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，達(dá)到了對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示和分析目的。

2、工藝簡(jiǎn)介

RF-500型CVD（化學(xué)氣相沉積）鍍膜機(jī)是根據(jù)射頻放電電容偶合方式產(chǎn)生等離子體的設(shè)備，利用它可以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積鍍膜，其射頻電源頻率為13.56MHz。采用單室平行板電極電容耦合方式。目前該鍍膜機(jī)可用于納米級(jí)功能薄膜、類(lèi)金剛石硬質(zhì)膜、光學(xué)薄膜的生產(chǎn)。

RF-500型CVD鍍膜機(jī)結(jié)包括RF-500型CVD鍍膜機(jī)的真空室、氣體入口、射頻電極、等離子體、朗繆爾探針、基片架、基片加熱絲、熱電偶溫度傳感器、為基片、為放氣口。

3、控制系統(tǒng)的組成

為了深入研究薄膜的形成機(jī)理，精確控制各種物理量以及便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，開(kāi)發(fā)了RF-500型CVD鍍膜機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。目的是實(shí)現(xiàn)該鍍膜機(jī)鍍膜過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，提高可靠性和抗干擾性，使工作人員在友好的人機(jī)交互環(huán)境下，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理，以簡(jiǎn)化操作，提高效率。

該鍍膜機(jī)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量有15個(gè)，包括總電源開(kāi)啟/關(guān)閉、機(jī)械泵開(kāi)啟/關(guān)閉、進(jìn)氣閥開(kāi)啟/關(guān)閉和溫控電源開(kāi)啟/關(guān)閉等；輸入/輸出模擬量有10個(gè)，如4路流量、真空度和溫度等。

4、控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

PLC系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量控制要求準(zhǔn)確快速，且控制邏輯容易更改，通過(guò)編制簡(jiǎn)單的梯形圖程序就可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制，即控制邏輯的軟件化，這樣便于控制邏輯的升級(jí)。本計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可編程序控制器選擇松下FP2-C1型[3-4]，采用模塊化設(shè)計(jì)，CPU模塊具有RS232通訊端口，直接與計(jì)算機(jī)連接，其I/O模塊為FP2-XY64D2T，模擬量采集模塊為AD8，模擬量控制模塊為DA4。

由于晶體管型PLC帶負(fù)載能力有限，在工程中PLC一般不直接控制功率較大的接觸器和電磁閥，而是通過(guò)控制中間繼電器（KA），再由中間繼電器控制接觸器和電磁閥。

質(zhì)量流量控制器用于對(duì)鍍膜過(guò)程的氣體質(zhì)量流量進(jìn)行控制。氣體從質(zhì)量流量控制器的氣體入口處進(jìn)入，其流量經(jīng)質(zhì)量流量控制器的傳感器測(cè)量后，從質(zhì)量流量控制器的出口流出。質(zhì)量流量控制器內(nèi)的流量調(diào)節(jié)閥可以連續(xù)改變開(kāi)度從而連續(xù)調(diào)節(jié)氣體的流量。質(zhì)量流量控制器是沒(méi)有控制算法的控制元件，其流量的測(cè)量信號(hào)可以通過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0-5V輸出口輸出，由AD8模塊傳送給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)內(nèi)編制的PID控制算法，輸出控制量，再由DA4模塊輸出0-5V標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)給質(zhì)量流量控制器，使其閥的開(kāi)度得到連續(xù)的控制。圖1為某次流量控制實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)曲線。從圖1可見(jiàn)流量的穩(wěn)態(tài)誤差遠(yuǎn)小于10sccm，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)了流量的精確控制。

圖1某次流量控制實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)曲線圖

溫度控制是以溫度控制器為核心。溫度控制器選用日本島電公司的SR93型，顯示精度為0.3級(jí)，具有自由輸入，手動(dòng)輸出，調(diào)節(jié)輸出限幅，雙設(shè)定值，雙調(diào)節(jié)輸出，模擬變送輸出，數(shù)字通訊功能。SR93控制器采用了島電的無(wú)超調(diào)專(zhuān)家PID算法，兩組獨(dú)立的PID參數(shù)，功能完善，能夠充分滿足系統(tǒng)控制的需求。

控制回路里，K型熱電偶測(cè)量真空室內(nèi)溫度，并將測(cè)得的溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給SR93溫度控制器，測(cè)量值與目標(biāo)值相比較，經(jīng)過(guò)控制器內(nèi)專(zhuān)家PID算法運(yùn)算，控制器輸出0-5V標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)。此控制電壓經(jīng)功率調(diào)節(jié)裝置，使可控硅移相觸發(fā)器控制可控硅在00-1800范圍內(nèi)移相導(dǎo)通，從而控制電阻絲加熱，達(dá)到溫度閉環(huán)反饋控制的目的。圖2為某次溫度控制實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)曲線。從圖2可見(jiàn)溫度的穩(wěn)態(tài)誤差小于1℃，無(wú)超調(diào)。

圖2 某溫度控制實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)曲線圖

5、控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)[5-7]是在三維力控組態(tài)軟件環(huán)境下進(jìn)行的，根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際配置與工藝要求，軟件設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了以下幾點(diǎn)功能：

（1）實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)畫(huà)顯示；（2）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)（開(kāi)關(guān)量和模擬量）的實(shí)時(shí)顯示；（3）實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)和數(shù)據(jù)報(bào)表打印；（4）實(shí)現(xiàn)了報(bào)警。

6、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)RF-500型CVD鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造，實(shí)現(xiàn)了基于工業(yè)PC和PLC的開(kāi)關(guān)量及模擬量的控制，開(kāi)發(fā)的控制軟件實(shí)現(xiàn)了控制工藝的動(dòng)畫(huà)顯示、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。該控制系統(tǒng)的投入運(yùn)行表明，其工作穩(wěn)定可靠，控制精度高，提高了科研效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 王慶，巴德純.RH-KTB爐外精煉過(guò)程監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)[J].真空與低溫，2002， 8 （3）：183～185.

[2] 李崇俊，馬伯信.化學(xué)氣相沉積/滲透技術(shù)綜述[J].固體火箭技術(shù)，1999， 1 （22）：54～58.

[3] 袁任光.集散型控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4] 王常力，羅安. 分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[5] 郭宗仁.可編程序控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]，北京：人民郵電出版社，1999.