一種傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，其步驟如下：一、清洗基片；二、清理濺射爐，放置清洗后的基片，調(diào)整安放角度；三、抽真空；四、濺射鍍膜；五、取出基片，關(guān)閉總電源。本發(fā)明利用常規(guī)磁控濺射方法結(jié)合傾斜蒸鍍技術(shù)，將襯底鍍膜面與蒸鍍源坩鍋偏置0~90°角度放置，這樣源材料受Ar等離子體轟擊，碰撞出原子或分子在靶源與基片之間的輸運(yùn)后到達(dá)襯底表面所走過的行程和到達(dá)角度的差異，導(dǎo)致在成膜表面凝結(jié)、成核順序差異，而使表面形成納米量級(jí)結(jié)構(gòu)生長的目的。所鍍置減反射薄膜由于陰影遮蔽效應(yīng)生長成納米柱、桿狀多孔結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)梯度漸變折射率特征。
【專利說明】
一種傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種漸變折射率減反射薄膜的制備方法，尤其涉及一種利用傾斜濺射 工藝進(jìn)行漸變折射率減反射薄膜制備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代光學(xué)薄膜生產(chǎn)中，減反射膜超過其它所有類型的膜系。為了減少入射光能 在透鏡玻璃表面上反射時(shí)所引起的損失，常在鏡面上鍍一層厚度均勻的透明薄膜，利用薄 膜的干涉使反射光能減到最小。漸變折射率薄膜是指薄膜的折射率沿著膜厚方向逐漸變 化，但在水平方向上保持不變。由于它消除了突變界面，增加了設(shè)計(jì)靈敏度，可以實(shí)現(xiàn)許多 傳統(tǒng)分層介質(zhì)膜無法實(shí)現(xiàn)的性能，如較小的應(yīng)力、較好的附著力、較理想的光學(xué)特性等。
[0003] 目前應(yīng)用較為簡單的增透膜一般為單層膜，而較廣泛的則是雙層或者多層膜。目 前主要的減反射膜材料及其折射率見表1。
[0004] 表1主要的減反射膜材料及其折射率__ 材料· |折射·率 |材料· |折射·率 MgF2 1.3~1.4 SiN 1.9 Si02 1.4~1.5 Ti〇2 2.3 AI2O3 1.8 ~1.9 Ta2〇3 2.1 ~2.3 SiO 1.8 ~1.9 ZnS 2.3 ~2.4 隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，納米多孔材料由于其高的孔隙率，相比于致密材料，其折射 系數(shù)較低。這個(gè)特性使納米多孔材料成為制備減反射(AR)膜的理想材料。Knorr和Hoffman 發(fā)現(xiàn)斜角沉積方法蒸鍍薄膜(GLAD，glancing angle deposition)能改變薄膜晶體結(jié)構(gòu)，從 而使薄膜性能得到改變。通過調(diào)整傳統(tǒng)蒸鍍工藝過程參數(shù)，可以可控生長納米結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng) 蒸鍍薄膜相比，此方法采用源材料蒸發(fā)、陰影遮擋原理制備金屬納米桿陣列叢結(jié)構(gòu)，從而能 改變薄膜晶體結(jié)構(gòu)。
[0005] 由于科技在不斷的進(jìn)步，不同時(shí)代所常用的減反射膜的制備工藝也大不相同，目 前常用的減反膜制備方法有貴金屬催化技術(shù)、溶膠凝膠法、化學(xué)腐蝕法、滾涂鍍膜、真空蒸 鍍、離子輔助沉積技術(shù)以及濺射鍍膜(分為直流(DC)濺射、射頻(RF)濺射以及磁控濺射)等。 其中：濺射法是薄膜物理氣相沉積的一種方法，常規(guī)濺射設(shè)備襯底鍍膜面與濺射靶源平行 放置，利用帶有電荷的離子轟擊物質(zhì)表面，并在碰撞過程中發(fā)生能量能動(dòng)量的轉(zhuǎn)換，從而最 終將物質(zhì)表面原子激發(fā)出來，在源與基片之間的輸運(yùn);被濺射出來的原子或分子在襯底表 面的淀積:凝結(jié)-成核-生長-成膜，而淀積在預(yù)置于真空爐內(nèi)的基片的表面，從而在基片 表面上覆蓋薄膜的一種技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，利用常 規(guī)磁控濺射方法結(jié)合傾斜蒸鍍技術(shù)，將襯底鍍膜面與蒸鍍源坩鍋偏置〇~90°角度放置，這樣 源材料受Ar等離子體轟擊，碰撞出原子或分子在靶源與基片之間的輸運(yùn)后到達(dá)襯底表面所 走過的行程和到達(dá)角度的差異，導(dǎo)致在成膜表面凝結(jié)、成核順序差異，而使表面形成納米量 級(jí)結(jié)構(gòu)生長的目的。所鍍置減反射薄膜由于陰影遮蔽效應(yīng)生長成納米柱、桿狀多孔結(jié)構(gòu)，從 而實(shí)現(xiàn)梯度漸變折射率特征。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，包括如下步驟： 一、清洗基片。
[0008] 二、清理濺射爐，放置清洗后的基片，調(diào)整安放角度，使鍍膜面與蒸鍍源坩鍋偏置0 ~90°放置;為實(shí)現(xiàn)上述角度條件，需要制作0~90°角度塊配合裝配，如圖1所示，角度塊尺寸 長*寬*高=40*30*30，角度根據(jù)需要調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)10~90°。
[0009]三、抽真空：啟動(dòng)機(jī)械栗，同時(shí)開啟派射爐上方的預(yù)抽閥，當(dāng)真空計(jì)達(dá)到1~10Pa，關(guān) 閉預(yù)抽閥，打開前級(jí)閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_3~le-4 Pa，對基片進(jìn)行預(yù)加熱， 控制溫度為50~500 °C。
[0010]四、濺射鍍膜:打開氬氣儲(chǔ)氣罐再打開流量計(jì)，調(diào)整Ar流量10~80 SCCM，控制氧氣 和氬氣體積比為1: (3~9)，濺射腔內(nèi)的氣壓0.5~5Pa，打開陰極靶源擋板，調(diào)節(jié)工作電壓300~ 1800V，進(jìn)行濺射鍍膜。
[0011]五、取出基片，關(guān)閉總電源:派射完成后，切斷濺射電源開關(guān)，關(guān)閉氬氣開關(guān)、分子 栗、前級(jí)閥和機(jī)械栗，打開放氣閥，取出基片。
[0012] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明中，通過優(yōu)化調(diào)整濺射靶源與襯底之間的角度，實(shí)現(xiàn)靶源分子到達(dá)基片的入 射角度的調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)納米多孔結(jié)構(gòu)的薄膜制備。方法簡便，易于對原有爐體實(shí)現(xiàn)改 造，且減低改造成本。
[0013] 2、本發(fā)明中，所述基片可使用各種所需鍍置減反射膜的基底，如光學(xué)玻璃、金屬基 底、聚合物材料基底等。
[0014] 3、濺射工藝可根據(jù)需要進(jìn)行金屬靶材或化合物非金屬靶材的鍍制，大大增強(qiáng)了工 藝的靈活性。
[0015] 4、磁控濺射法具有鍍膜附著力強(qiáng)、基片溫度低、薄膜致密性能好、淀積速率快且能 有效防止雜質(zhì)污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。
[0016] 5、所得漸變折射率減反射膜具有較高透過率以及折射率漸變的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為角度塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為納米桿陣列傾斜濺射沉積技術(shù)原理圖，圖中：1-氣體進(jìn)出口，2-真空栗系統(tǒng)，3-襯 底基片調(diào)節(jié)架，4-加熱裝置，5-擋板，6-靶基底，7-射頻電源，8-冷卻系統(tǒng)，濺射條件:本底真 空:5 · 0 X 10-4 Pa，工作真空:0 · 5~5Pa，Ar氣流量:20~50 SCCM，蒸鍍速度：1~20A/S，靶源分子 入射角：30~89°，襯底溫度:20~500 °C ; 圖3為基片的清洗流程圖； 圖4為傾斜濺射工藝所制備Ti02納米桿狀薄膜SEM圖； 圖5為不同角度觀察同一薄膜的漸變折反照片實(shí)物圖，a-正上方垂直觀察，b-左側(cè)偏置 30°觀測，c-左側(cè)偏置60°觀測，d-正上方偏置45°觀測，e-正上方偏置75°觀測。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本 發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0019]
【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式提供了一種ΙΤ0基底的Ti〇2減反射薄膜制備方法，如 圖2所示，具體步驟如下： 一、清洗基片:基片的潔凈度對介質(zhì)層的均勻性和牢固性等性能有很大影響，基片不潔 凈時(shí)，在其上淀積的介質(zhì)層薄膜會(huì)產(chǎn)生薄膜缺陷，且非常容易脫落。因此，應(yīng)對基片進(jìn)行反 復(fù)清洗，盡量減少外來雜質(zhì)對介質(zhì)層的污染。如圖3所示，清洗時(shí)，依據(jù)甲苯、丙酮和乙醇順 序，將基片在甲苯、丙酮和乙醇中各超聲波清洗l〇min，以去掉基底上氧化物及油污等有機(jī) 物;也可用電子清洗液或者酸洗，清洗干凈后取出，放置于真空干燥箱內(nèi)烘干備用。
[0020] 二、清理濺射爐，調(diào)整濺射角度，并放置基片：調(diào)整襯底基片調(diào)節(jié)架（即：角度塊）， 將其與靶材的間隔距離設(shè)置為8cm，調(diào)整襯底基片調(diào)節(jié)架角度與靶基座成70°角。整個(gè)過程 需帶上手套完成，以防止對基片造成污染。
[0021 ]三、抽真空：啟動(dòng)機(jī)械栗，同時(shí)開啟派射爐上方的預(yù)抽閥，當(dāng)真空計(jì)達(dá)到預(yù)定值2Pa 時(shí)，關(guān)閉預(yù)抽閥，打開前級(jí)閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_4Pa時(shí)，打開射頻源總開關(guān)對 射頻源進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)打開對基片進(jìn)行加熱1〇〇 °C。
[0022]四、濺射薄膜:打開氬氣儲(chǔ)氣罐再打開流量計(jì)，調(diào)整Ar流量，使得Ar流量為27sCCm， 〇2流量為9sCCm，氧氣和氬氣比例約為1:3。之后打開充氣閥，調(diào)節(jié)插板閥開關(guān)至濺射腔內(nèi)的 氣壓為5e_lPa。打開射頻開關(guān)，板極電壓Ua調(diào)節(jié)為800V，調(diào)節(jié)調(diào)諧按鈕使得正向功率最大， 反向功率最小。預(yù)派射lOmin，這時(shí)輝光放電基本穩(wěn)定，且革E材表面的雜質(zhì)基本被清除，正式 派射Ti〇2薄膜至150nm。
[0023] 五、取出基片，關(guān)閉總電源:濺射完成后，切斷濺射電源開關(guān)，關(guān)閉氬氣開關(guān)、分子 栗、前級(jí)閥和機(jī)械栗，打開放氣閥，取出基片。
[0024] 本實(shí)施方式制備得到的IT0基底的Ti02減反射薄膜的SEM圖如圖4所示，由圖4可 知:經(jīng)過上述工藝結(jié)束，在ITO玻璃表面形成納米桿多孔結(jié)構(gòu)薄膜，膜層結(jié)構(gòu)均勾，具有一定 方向性，不同角度觀察同一薄膜的漸變折反照片如圖5所示。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式提供了一種Si02基底多層Si02/Ti02/Al 203減反射薄 膜的制備方法，具體步驟如下： 一、清洗基片:清洗時(shí)，可依據(jù)【具體實(shí)施方式】一的方法清洗，本實(shí)施方式中采用濃硫酸 加熱煮沸10分鐘，清洗干凈后取出，放置于真空干燥箱內(nèi)烘干備用。
[0026]二、清理濺射爐，調(diào)整濺射角度，并放置基片:調(diào)整襯底基片調(diào)節(jié)架，將其與靶材的 間隔距離設(shè)置為8cm，調(diào)整襯底基片調(diào)節(jié)架與靶基座成80°角。
[0027]三、抽真空：啟動(dòng)機(jī)械栗，同時(shí)開啟派射爐上方的預(yù)抽閥，當(dāng)真空計(jì)達(dá)到預(yù)定值2Pa 時(shí)，關(guān)閉預(yù)抽閥，打開前級(jí)閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_4Pa時(shí)，打開射頻源總開關(guān)對 射頻源進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)打開對基片進(jìn)行預(yù)加熱至l〇〇°C。
[0028]四、濺射Si02薄膜： 打開氬氣儲(chǔ)氣罐再打開流量計(jì)，調(diào)整Ar流量，使得Ar流量為27sccm，〇2流量為3sccm，氧 氣和氬氣比例約為1:9。之后打開充氣閥，調(diào)節(jié)插板閥開關(guān)至濺射腔內(nèi)的氣壓為5e-lPa。打 開射頻開關(guān)，板極電壓Ua調(diào)節(jié)為800V，使得正向功率最大，反向功率最小。預(yù)濺射lOmin，濺 射Si02薄膜，控制時(shí)間以得到所需要的膜厚。
[0029]五、濺射Ti02薄膜：打開氬氣儲(chǔ)氣罐再打開流量計(jì)，調(diào)整Ar流量，使得Ar流量為 27sccm，〇2流量為3sccm，氧氣和氬氣比例約為1:9。之后打開充氣閥，調(diào)節(jié)插板閥至派射腔 內(nèi)的氣壓為5e-lPa。打開射頻開關(guān)，板極電壓Ua調(diào)節(jié)為1200V。預(yù)濺射lOmin，正式濺射Ti02薄膜至所需要的膜厚。
[0030] 六、濺射Al2〇3薄膜：打開氬氣儲(chǔ)氣罐再打開流量計(jì)，調(diào)整Ar流量，使得Ar流量為 3〇SCCm。之后打開充氣閥，調(diào)節(jié)插板閥開關(guān)至濺射腔內(nèi)的氣壓為5e-lPa。打開射頻開關(guān)，板 極電壓Ua調(diào)節(jié)為1200V，預(yù)濺射lOmin，正式濺射Al2〇3薄膜至所需要的膜厚。
[0031] 七、取出基片，關(guān)閉總電源:濺射完成后，切斷濺射電源開關(guān)，關(guān)閉氬氣開關(guān)、分子 栗、前級(jí)閥和機(jī)械栗，打開放氣閥，取出基片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，其特征在于所述方法步驟如 下： 一、 清洗基片； 二、 清理濺射爐，放置清洗后的基片，調(diào)整基片安放角度，使鍍膜面與蒸鍍源坩鍋偏置O ~90°放置； 三、 抽真空； 四、 濺射鍍膜； 五、 濺射完成后，切斷濺射電源開關(guān)，取出基片。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，其特征在于 所述基片為光學(xué)玻璃、金屬基底或聚合物材料基底。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，其特征在于 所述抽真空的具體步驟如下：啟動(dòng)機(jī)械栗，同時(shí)開啟濺射爐上方的預(yù)抽閥，當(dāng)真空計(jì)達(dá)到1~ l〇Pa，關(guān)閉預(yù)抽閥，打開前級(jí)閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_3~le-4 Pa，對基片進(jìn)行 預(yù)加熱。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，其特征在于 所述基片預(yù)熱溫度為50~500 °C。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾斜濺射工藝制備漸變折射率減反射膜的方法，其特征在于 所述濺射鍍膜的具體步驟如下：調(diào)整Ar流量10~80 SCCM，控制氧氣和氬氣體積比為1:3~9， 濺射腔內(nèi)的氣壓0.5~5Pa，打開陰極靶源擋板，調(diào)節(jié)工作電壓300~1800V，進(jìn)行濺射鍍膜。
【文檔編號(hào)】C23C14/02GK105951051SQ201610426332
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】田麗, 吳敏
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué), 上?？臻g電源研究所