薄膜制造技术与工艺的研究

武汉职业技术学院

毕业论文

薄膜制造技术与工艺的研究

学院:电子信息工程学院

专业：光电子技术

班级: 12302

姓名: 郑敏

学号：12013199

指导老师:陈书剑

2014年11月17日

摘要：反应离子镀(RIPD)是用来制备光学薄膜的一种新技术，是在传统电子束蒸镀的基础上通过低电压、低气压弧光放电将材料蒸汽和外加反应气体电离，在蒸发室内产生低温等离子体，利用基片表面自然形成的极薄电场来提高离子的入射动能，既保留了传统技术沉积速率高、面积大的优点，又克服了薄膜结构疏松、性能不稳定的缺陷，是有望取代传统技术的新一代光学薄膜制备技术。国外研究表明，RIPD薄膜结构致密，机械强度高，光学损耗达到甚至超过了传统技术的最好水平，具有在激光陀螺上应用的潜力。

关键词：反应离子镀技术；PRID；薄膜

1 引言 (4)

1.1薄膜制备技术 (4)

1.1.1光学薄膜的应用 (4)

1.1.2光学薄膜的发展历史 (4)

1.2几种常用镀膜技术 (5)

1.2.1电阻蒸镀法 (5)

1.2.2电子束蒸发沉积 (7)

1.2.3离子束辅助沉积 (8)

1.2.4离子束溅射 (9)

1.2.5离子镀 (11)

2反应离子镀技术 (12)

2.1反应离子镀技术背景 (12)

2.2反应离子镀设备 (12)

2.3反应离子镀原理 (13)

2.4反应离子镀技术 (16)

2.5常用光学薄膜材料的反应离子镀工艺 (16)

2.6反应离子镀光学薄膜的性能分析测试 (17)

3总结与展望 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

1 引言

1.1薄膜制备技术

1.1.1光学薄膜的应用

传统的光学薄膜是现代光学仪器和各种光学器件的重要组成部分，通过在各种光学材料的表面镀制一层或多层薄膜，利用光的干涉效应来改变透射光或反射光的光强、偏振状态和相位变化[1]。薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm 到几十、上百个μm。光学薄膜可以得到很好的牢固性、光学稳定性，成本又比较低，几乎不增加材料的体积和重量，因此是改变系统光学参数的首选方法，甚至可以说没有光学薄膜就没有现代的光学仪器和各种光学器件。在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论—薄膜光学。光学薄膜已广泛应用于各种光学器件(如激光谐振腔、干涉滤波片、光学镜头等)，不仅如此它在光电领域中的重要作用亦逐渐为人们所认识。

1.1.2光学薄膜的发展历史

在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论一薄膜光学。首先，罗伯特一波义尔(Robert．Boyle)和罗伯特一胡克(Robert．Hooke)各自独立发现所谓的“牛顿环”现象，可以说是现代薄膜光学的萌芽ll】。1801年，托马斯·杨阐述了光的干涉原理，并对这种效应作了第一个圆满的解释。1832年，菲捏尔提出了反射与折射定律，至今仍被称为“菲捏尔定律”，它是研究薄膜系统内干涉的基础。在1873年，詹姆斯·克拉克·麦克斯(James．Clerk．Maxwelt)的巨著《论电与磁》问世了，这时分析薄膜光学问题所必需的全部基本理论才告完成，因此20世纪以前是薄膜光学发展的早期阶段。

二十世纪三十年代中期被认为是薄膜在光学上应用的真正开端。此时，由于电子工业的需要促进了真空技术的发展，商用扩散泵的问世，工业真空镀膜才有了现实基础，而真空蒸镀法成了生产光学干涉膜的最好方法。斯马库拉和斯屈郎可称为德国和美国的单层减反膜之父。与此同时，蒸镀高折射率膜层可增加基片的反射率，紧接着人们便能成功的蒸镀许多种不同的膜层。1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜，但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。德圈的格夫肯于1939年制成了世界上第一批金属膜滤光片，并首创了湿法

镀膜和气体反应镀膜方法。从20世际40年代开始，薄膜进入全面发展时期，相继提出了各种薄膜光学理论和膜系计算方法。1949年在法国马赛大学举行了第一届国际薄膜会议，事隔不久，有关光学薄膜的基础教程相继问世。1956年瓦旌切克发表了第一本薄膜光学专著《薄膜光学》，在理论上全面地讨论了薄膜光学的一些问题。到了60年代，激光、空间技术和光谱技术的飞速发展对光学薄膜提出了更高的要求，比如激光器中的高反射镜等，同时电子计算机的推广使得光学薄膜的计算和分析有了良好的工具，因此推动了光学薄膜的飞速发展。1969年麦克劳德用干涉矩阵解释和计算光学薄膜，出版了他的专著《薄膜光学滤波器》。接着在1976年尼特尔发表了他的专著《薄膜光学》，在理论上全面讨论了薄膜光学的一些问题。1986年，麦克劳德再出版了他的专著，提出了用导纳图方法来分析膜系的特性，并且用它来解释膜系监控的一系列问题。这些专著都从理论上，实验上全面讨论了薄膜光学的一些问题，形成了一套完整的从光学薄膜特性计算、设计、监控和测试到结构特性、稳定性、光学损耗、抗激光损伤特性等分析手段。光学薄膜的这些理论和实践的发展，为现在的薄膜理论及光学器件的应用打下了坚实的基础。

1.2几种常用镀膜技术

薄膜的研究依赖于薄膜的制备，高质量的薄膜有利于薄膜物理的研究和薄膜器件应用的发展。长期以来，人们发明了多种薄膜的制备技术和方法，如电阻或电子束热蒸发、离子束溅射、离子束辅助沉积、反应射频磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、离子镀、活化反应蒸发、低压化学气相沉积法、等离子金属有机物化学气相沉积法、双离子束溅射沉积和分子束外延法等，各种方法都有其优点和缺点。下面介绍一下物理气相沉积法中的几种常用方法。

1.2.1电阻蒸镀法

电阻蒸镀法(如图1)是在真空条件下通过电阻作为蒸发器加热使薄膜初始

材料气化，材料的蒸发沉积在温度较低的基片上，形成所需要的薄膜，是最基本的成膜方法之一。它的发展主要体现在蒸发源技术上，早期用的都是电阻蒸发源，即用钨、钼等难熔金属或石墨作成电阻蒸发器，材料放在蒸发器中，由于温度有限很多高温材料与蒸发器化学反应的原因，可供使用的镀膜材料很少。

图1 真空蒸镀法装置简图

通常，电阻蒸镀选用与薄膜组分相同的初始材料(丝状、块状、颗粒状、粉末等)。例如为了得到铝膜，使用纯铝丝做初始材料，通过提高蒸发室的真空度来抑制材料与参与气体的化学反应，以减少膜层中的杂质。这种做法对镀金属膜一般是有效的；对化合物薄膜，由于各化学组分的蒸发速率和沉积速率不同，薄膜组分往往偏离正常的化学当量(如氧化物失氧)，这是造成光学吸收较大的一个重要原因。为了解决这个问题，在蒸镀时可通入适量的O2、N2等活性气体，利用化学反应来补充因材料热分解而易失去的O、N等成分，这称为反应蒸镀，其工作气压略高，约(8～9)×10-3Pa。这种工艺扩大了初始材料的选择范围，例如为了得到Ti02薄膜，不仅可以用Ti02，还可以用Ti305、Ti203、TiO等。

电阻蒸镀法的缺点也是非常突出的，用这种方法制备的薄膜：

(1)聚集密度小，折射率比块体数值低。

(2)容易吸附残余气体和水汽，光学吸收大，实效性差。

(3)表面、界面不平整，体内散射和表面散射大。

(4)应力高，各向异性。

(5)硬度低，附着力小，牢固

1.2.2电子束蒸发沉积

电子束蒸发沉积(EBD)的原理(如图2)是：电子枪发射的高速电子流在电磁场中聚焦成细束，轰击蒸发材料的表面，动能转化为热能，使材料迅速升温而蒸发。电子枪以结构的不同分为直式和电磁偏转式两种，其中最常用的是e形枪。

图2 电子束蒸发源示意图

主要介绍e形枪的工作原理。采焉e形枪可以基本上克服直式枪中二次电子的影响。它由阴极灯丝、聚焦极、阳极、偏转磁铁和无氧铜水冷坩埚组成。从灯丝发射的热电子经臻极和阳极之间的高压电场加速并聚焦，由磁场使之偏转到达蒸发材料表面。e形检的聚焦特性主要决定于灯丝、聚焦极和阳极的相对位置；电子束偏转则由高压和磁场电流的大小决定。e形枪采用内藏式阴极，既防止了极间等离子放电，又避免了灯丝污染。电子束加热可以蒸发高温材料，而且由于蒸汽分子动能大，可以得到比电阻加热方法更牢固致密的膜。

电子束蒸发源的特点是：能量高度集中，膜料的局部表面可获得很高的温度；能准确而方便地通过调节电子束的加速电压和束电流控制蒸发温度，并且有较大温度调节范围。因此它对高、低熔点的膜料都能适用，尤其适合蒸镀熔点高达2000℃左右的氧化物。如果以极大的功率密度实现快速蒸发，可以防止合金分馏。此外，不需直接加热坩埚，又可通水冷却，蒸发仅仪发生在材料的表面，有效的抑制了坩埚与蒸发材料之间的反应，避免了坩埚材料对膜料的沾污。另外这种蒸发源产生的蒸汽分子动能较大，有利于获得牢固致密的膜层。但是，多数化合物

受到电子束轰击与加热时会部分分解，同时由于残余气体分子和膜料分子(或原子)会部分地被电子所电离，将对薄膜的结构和物理性能产生影响。

1.2.3离子束辅助沉积

离子束辅助沉积技术(IAD)是在真空镀膜的基础上发展起来的一种辅助段。它是这样一种工艺过程：膜料从热源或电子束加热源蒸发，沉积分子或原子不断受到来自离子源的离子轰击，从而获得较大的动量。这一简单的过程使得光学薄膜的生长发生了巨大变化，从而使薄膜性能得到很大的改善。图3是离子辅助镀膜结构示意图。

图3 离子辅助镀膜结构示意图

关于离子辅助的机理，一般认为，离子的轰击给到达基板的膜料分子或原子提供了足够的动能，从而提高了吸附原子的迁移率。有人提出IAD包括以下重要过程：

(1)表面原子的溅射；

(2)动量从入射离子传递给到达基板的膜料原子或分子；

(3)膜料原子或分子填充由离子轰击所产生的空穴；

(4)由于动量传递而导致三维运动，膜料原子或分子不仅沿着基板平面运动，而且会有垂直基板表面的动量而向下运动，很明显，这种运动导致了薄膜聚集密

度的增加；

(5)蒸气原子在表面下的一定深处混合，对化合物的形成很重要；

(6)在离子能量和束流密度过高时会产生孔穴的表面跳跃和再溅射，从而导致薄膜的性能下降。

大多数情况下，IAD可以大大的改善薄膜的性能。它不仅可以增加薄膜的聚集密度，消除薄膜柱状晶体结构，提高薄膜的致密性，还可以提高薄膜光学常数的稳定性和均匀性，改善薄膜的化学计量比等。IAD已经成为生产高质量膜的首选方法。但是理论和模型也证明，在离子轰击下生长的薄膜性能都有一个临界点，超过此临界点性能就会下降，因此对于某些材料只能用低能离子辅助沉积。

1.2.4离子束溅射

离子束溅射(IBS)是用高能量(～1Ke)的离子轰击靶(薄膜原材料)，产生溅射作用，溅出的粒子(主要是中性粒子)沉积到附近的基片上成膜。由于溅射粒子的动能(几电子伏特～几十电子伏特)比蒸发粒子的动能(～O．1ev)大得多，再加上同如反应气体，有效的克服了真空蒸镀的缺点，薄膜的光、机性能大为改善。还可以再装一个低能宽束离子源，同时实施离子辅助沉积(IAD)工艺，即用高能离子轰击靶，用低能离子轰击基片，这称为双离子束溅射(DIBS)。图4和图5分别为直流溅射和射频溅射的工作原理示意图。

溅射是一个复杂的过程，伴随着各种离子轰击现象。固体表面在入射离子的高速碰撞下，放射出中性原子或分子，同时放射出二次电子，作为维持辉光放电的基本粒子，并使基板温度升高。常用的溅射技术有：直流溅射、射频溅射与磁控溅射等。其中磁控溅射的适用面最广，磁控溅射可以实现中高真空、高速率、大能量沉积薄膜。

图4 直流溅射示意图

图5 射频溅射示意图

IBS的主要问题是沉积速率太低，Ti02的折射率达到2.52时，沉积速率仅有1.9nm／min，对于633nm的波长，其四分之一波长约为158nm，换成几何厚度即60nm，这样沉积时间就是30分钟。由于离子能量过高会时离子源带来的污染增加，故离子能量一般都在1000ev左右，而这个能量值对溅射来说有太低，多数材料的溅射产额小于1，因此提高溅射速率的途径在于提高离子源束流密度。

此技术已经广泛的应用于薄膜制备，包括金属、合金、半导体、氟化物、氧

化物、硫化物、硒化物、硅化物、碳化物等。

1.2.5离子镀

离子镀技术是结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种物理气相沉积方法。如图6的所示，这种方法使用蒸发方法提供沉积用的物质源，同时在沉积前和沉积中采用高能量的离子束对薄膜进行溅射处理。

图6 离子镀示意图

离子镀镀膜是利用离子对于共建表面的加速作用，并在工件表面沉积一层镀膜层的真空镀膜技术。要实现离子镀镀膜，首先需要把蒸发源的镀膜材料蒸发成蒸汽，然后再把镀膜材料蒸汽和反应气体电离成镀膜材料离子。这种电离作用是依靠镀膜真空室中的等离子体放电来实现的。因此从这个意义上可以说，离子镀镀膜是把等离子体放电技术和蒸发镀膜技术相结合的一种沉积技术。在镀膜真空室中通过电子枪放电，空心阴极放电以及真空电弧放电方法使蒸发源的镀膜材料

蒸发成金属蒸汽，并在蒸发源与工件之间的周围空间产生等离子体放电，形成等离子体放电区，使金属蒸汽和反应气体电离，产生金属离子和反应气体离子。这些金属离子和反应气体离子受到加速电场的作用而被加速到工件表面上，在工件表面上化合，使工件表面沉积一层化合物镀膜层。

离子镀的主要优点在于它所制备的薄膜与衬底之间具有良好的附着力，并使薄膜结构致密；其次它可以提高薄膜对于复杂外形表面的覆盖能力。这是因为在蒸发沉积之前以及沉积的同时采用离子轰击衬底和薄膜表面的方法，可以在薄膜与衬底之间形成粗糙洁净的界面，并形成均匀致密的薄膜结构和抑制柱状晶生长，同时使得原子在沉积至衬底表面时具有更高的动能和迁移能力。

但是，此方法也有以下缺点：支流高压的使用使该技术只适用于导电基片和薄摸材料；高压电场作用下的离子能量太高，有可能损伤基片和薄摸；由于射频线圈的引用(辅助电离)，蒸发材料与背景气体的激活不能独立控制真空度并降低了电离率等。

这些原因都不同程度的限制了该技术的发展。但是，使蒸发材料的分子或原子电离并在电场作用下沉积的技术正是随后发展起来的反应离子镀技术的前身和基础。

2反应离子镀技术

2.1反应离子镀技术背景

早在1984年美国专利就发表了利用热弧诱发等离子体的所谓反应离子镀技术。1987年Balzers公司的反应离子镀膜机研制成功推出产品，美国的Central Florida大学的光电子研究中心1988年开始实验研究。他们用低压热弧强流离子流诱发电离膜料粒子形成等离子体沉积薄膜。膜料离化率可高20 ，基片的自偏压只有5～10V，从而排除了离子束辅助蒸镀的反溅射问题，所得膜层聚集密度接近甚至超过1，更由于它是形成等离子体成膜，对于大面积不规则形状的基片能得到均匀的膜层。进入九十年代，光学薄膜反应离子镀技术的研究在国际上受到越来越多的关注，国内光学薄膜界也竞相着手开展此项工作。

2.2反应离子镀设备

从反应离子镀的工作原理考虑，在镀膜真空室内必须有将低压热弧离子束引入的正电位电极，此电极可是单独设置的辅助电极，或是电子枪的整体，或是坩锅本身，或是电阻蒸发的铜舟。

图2-1给出以坩锅本身充当电极的结构示意图。该装置是在北京仪器厂生产的DMF一700型光学镀膜机上安装了热弧离子源，改装了原有的E型电子枪和工件架，安装了充气系统及自动压强控制系统而成为光学薄膜反应离子镀设备。电子枪坩锅和工件架对真空室壁均绝缘。

图2-2是反应离子镀设备中低压大电流等离子体源的结构示意图。一、二级腔间的差压孔可使一级腔与真空室之间形成一定的气压差，一级腔中等离子体放电的Ar气压为2×lO Pa，而此时真空室内Ar分压为～ 10-2Pa。

图2-1

1—等离子体源；2—电子枪；3—直流大电流弧电源；4—工件架；5—坩埚

图2-2

1—氩气进气口；2—灯丝电极冷却水路；3—灯丝；4—一级腔；5—氧气入口；

6—聚束线圈；7—二级腔；8—一、二级腔间的差压孔；9—辅助阳极

2.3反应离子镀原理

反应离子镀(RIPD)技术是通过充满真空室的等离子体对膜料蒸汽分子或原子的作用而沉积出高质量的光学薄膜的，是传统的热蒸发技术与电离技术相结合的产物。其成功之处就在于不必在蒸发源与基板之间加上一个偏压，而是巧妙地利用薄膜样品表面电荷所形成的静电场(自偏压)替代外加的偏压电场，同时控制表面电荷的积累与复合使之达到平衡，从而在保留离子辅助技术(IAD)与离子镀优点的同时，却排除了它的缺点，获得优质的光学薄膜。

基于上述思想，我们建立了如图2-3所示的反应离子镀系统。整个系统主要由三大部分组成：

图2-3 反应离子镀装置示意图

第一部分为等离子源，由它产生镀膜过程中所需的大电流等离子体，即实现低电压、大电流的弧光放电。我们用灯丝热阴极的方法产生大量的热电子，使得

充入等离子体发生器的氩气发生电离，以产生更大量的电子与离子，它们继续与后继的辅助气体如氧气碰撞，并使之电离，进而在真空室中形成一相当浓度的等离子体分布。图2-4是等离子体源的结构示意图。

图2-4等离子体源结构图

第二部分是弧光放电的阳极区与蒸发源。为了在坩锅上方形成尽可能高的等离子体密布区，我们将等离子体发生器安装在钟罩壁上，使等离子体发生器的出口即为坩锅上方附近。此外设计了特殊的弧源阳极。第三部分是等离子体发生器的电源供电系统。要在低压下，产生大电流的弧光放电，需要一个具有下降伏安特性曲线的大功率的直流电源，同时还需要一个给阴极灯丝加热的灯丝大电流电源。并配有相应合理的电压和电位分布联接，以期实现可靠稳定的弧光放电，保证镀膜过程的相对稳定性。此外，系统中的样品架必须与外壳绝缘以形成悬浮电压，产生合适的自偏压。

此薄膜沉积系统的工作方式与原理可简述如下：先用传统的电阻热蒸发技

术预熔初始的薄膜材料，然后开启等离子体发生器，使阴极灯丝与阳极之间实现放电，等离子体充满整个蒸发室，最后蒸发薄膜材料，以沉积蒸发要求的薄膜，适当控制等离子体的分布，使之满足以下两个条件：

(1)在距坩锅上方很近之处有密度尽可能高的等离子体云，使大部分蒸发材料的原子或分子穿过此等离子体云，以产生较高的电离率。

(2)漫布在真空室内的等离子体与沉积薄膜的基片相接触，由于低气压放电等离子体中电子的平均速度远大于离子的平均速度，所以开始时，有比较多的电子打到基片上，使基片相对等离子体处于负电位，造成正离子加速向基片运动，而电子向基片的运动减缓。平衡的结果，基片处于某一稳定的负电位。此平衡时的负电位即为自偏压，它使得电力线垂直终止于基片表面。

由此可见该技术的关键包括两个方面：其一是蒸发材料的原子或分子的部分电离。其二是基片相对于等离子体的自偏压。自偏压对没有电离的蒸发材料不产生作用，也就是说中性的蒸发材料的分子与原子基本上符合常规的热蒸发规律，而电离的蒸发分子或原子在电力线垂直终止于基片表面的自偏压作用下，不仅增加了动能，而且改变了运动方向，使得电离的蒸发材料趋于垂直入射沉积到基片上。正是这部分电离的蒸发分子克服了由于蒸发角引起的阴影效应以及中性分子动能低所致的低迁移率。从而使得薄膜结构大大改善，且大面积膜厚均匀度也得到提高薄膜的质量得到了明显的改善。此外，等离子体中的氩离子对正在沉积中的薄膜的轰击也提高了蒸发材料分子或原子的迁移率。

2.4反应离子镀技术

反应离子镀技术的主要物理过程为：

(1)镀膜室基础真空的获得；

(2)电子束的调整，材料预处理；

(3)热阴极弧源的启动，通氲气，再通反应气体达到适当比例及总压强，加弧源电压起弧；

(4)加电子枪的功率达到材料蒸发温度诱发放电，镀膜室内形成等离子体；

(5)打开挡板进行反应离子镀膜，记录膜厚控制读数。

2.5常用光学薄膜材料的反应离子镀工艺

主要研究了最实用的硬膜材料金属氧化物薄膜：TiO2、ZrO2、SiO2 、Al2O3。

值得指出的是所有金属氧化物薄膜的获得在反应离子镀技术中均用纯金属作为起始膜料，只要控制反应气体的分压强就足以保证获得化学计量配比准确的金属氧化物膜层。例如常用的高折射率薄膜材料TiO2。、ZrO2：则用纯金属钛、纯金属锆作为起始膜料。经反复实验给出各种薄膜材料的工艺参数如表l。

表1

最后膜层TiO2 ZrO2 Al2O3 SiO2

起始磨料Ti Zr Al Si

电子枪

电压（KV） 6.5 8.5 8.0 7.5 束流（A）0.23 0.40 0.40 0.24 偏转电流(格值) 1.55 1.85 1.80 1.65 横扫(格值) 100 60 0 80 纵扫(格值) 6 6 6 8

弧源

灯丝电流（A）60 60 60 60 聚焦电流(A) 1.6 2.0 1.7 2.0

弧压（V）92 100 110 110

弧流（A）17 8 8 8

自偏压（V） 2 10 30 30 真空度(Pa*10-2) 7.8 10 8.3 8.3

膜参数膜厚（nm）172.1 222.6 207.6 294.4 折射率 2.57 2.19 1.69 1.48

2.6反应离子镀光学薄膜的性能分析测试

1．折射率测定

测定反应离子镀光学薄膜(TiO2，ZrO2，Al2O3 ，SiO2。)的光谱曲线，利用光度法计算折射率与传统工艺制备的光学薄膜进行对比。测试仪器为Shvmadzu UV一21 00S分光光度计，测试结果如表2。实验证明，反应离子镀所制备的光学薄膜其折射率明显高于传统工艺所制备的相应光学薄膜的折射率。

表2

样品编号Rf（%）R0（%）λF

(nm)

传统工艺

折射率

TiO2 911125# 42.27 8.9 589.8 172.1 2.570 2.32 ZrO2 91125.1# 30.82 9.19 650 222.6 2.190 2.05 Al2O3 911216# 13.80 8.66 469.2 207.5 1.696 1.62 SiO2 911216# 8.12 8.84 583.4 294.4 1.486 1.45

Rf是膜厚为λ/4奇数倍时．镀膜基片的极值反射率．R0是中心波长λF

处清洁基片的反射率，d为膜的几何厚度．

2．TiO2 、SiO2 单层膜的成倚及价态

为了确定所镀膜层中的成份及价态，我们以所制备的TiO2 和SiO2 单层膜为例(因为Ti，Si最易形成低价氧化物)，用美国PERKIN—ELMER公司生产的PHI 一5300、X光电子能谱仪作了TiO2 ，SiO2。单层膜(基底为K9玻璃)的x光电子能谱(XPS)谱图，经荷电修正后，用标准碳峰位(285eV)来修正其它元素的峰位。结果发现，新制备的TiO2。膜的 )S谱图上Ti峰位为458．6eV，与标准TiO2的XPS谱图上的Ti峰位458．5eV仅差0．1eV，且无异峰突起，说明反应离子镀所制备的TiO2 单层膜中钛为四价钛离子f同样，所制备的Si 单层膜的XPS 谱图上s峰位为103．6eV，与标准SiO2的XPS谱图上Si峰位103．4eV相差仅0．2eV，说明反应离子镀所制备的SiO2单层膜中Si全为四价硅离子。XPS谱图上出现的碳峰是表面吸附碳．除此之外，不含杂质。

3总结与展望

在光学薄膜沉积技术中，有许多技术手段，其中电阻蒸镀，电子枪蒸发和离子辅助沉积应用比较广泛。电阻蒸镀法是在真空(10-3)条件下通过电阻作为蒸发器加热使薄膜初始材料气化，材料的蒸发沉积在温度较低的基片上，形成所需要的薄膜，它是最基本的成膜方法之一。但是所制薄膜聚集密度小，薄膜成柱状结构，折射率比块体数值低，光学吸收大，硬度低，附着力小，牢固性差。电子束蒸发电子枪发射的高速电子流在电磁场中聚焦成细束，轰击蒸发材料的表面，动能转化为热能，使材料迅速升温而蒸发。蒸发速度快抑制了坩埚与蒸发材料之间的反应，避免了坩埚材料对膜料的污染，但是其薄膜也存在柱状结构的特点。离子束辅助沉积不仅可以增加薄膜的聚集密度，消除薄膜柱状晶体结构，提高薄膜的致密性，还可以提高薄膜光学常数的稳定性和均匀性，改善薄膜的化学计量比等。

反应离子镀(对PD)技术是通过充满真空室的等离子体对膜料蒸汽分子或原子的作用而沉积出高质量的光学薄膜，是传统的热蒸发技术与电离技术相结合的产物。反应离子镀是在热蒸镀的同时，由一个独立的低电压大电流等离子源向蒸发室提供等离子体，实现它与坩埚之间的弧光放电，使蒸发材料分子或原子电离。基片和外界处于电气悬浮的状态，由于基片表面从等离子体壳层中获得相对于迁移性较差的离子的电子，基片就得到了一个-5V～-10V的自偏压。由于坩埚相对于地具有50～60V的正电位，在其附近产生的正离子将被-55～-70V的电位差拉向基底。这种效应使得带电离子以很大的动能垂直表面轰击衬底，很大程度的改善了薄膜的微观结构。用反应离子镀技术制备Ti02薄膜的设备、原理、工艺及所制备薄膜的性能；研究了用不同薄膜制备方法所得到的Ti02薄膜的性能优劣，得到反应离子镀方法所制备的Ti02薄膜较其他方法具有更优良的特性。用反应离子镀技术制备Ti02薄膜能大程度地提高其光学和力学性能，改善其微观结构。可以看出，用电子束沉积制备的薄膜折射率最低，反应离子镀最高，离子束辅助次之。这是由于反应离子镀蒸发粒子很大一部分以离子状态存在，动能大，表面迁移率高，并具有轰击效应，因此膜层致密、坚固，折射率提高。

参考文献

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