新型等离子体源的研究

西安工业大学硕士学位论文新型等离子体源的研究姓名：古克义申请学位级别：硕士专业：精密仪器及机械指导教师：弥谦20090428新型等离子体源的研究学科：精密仪器及机械研究生签字：七指导教师签字：

摘要目前国内外光学薄膜制备普遍采用等离子体辅助镀膜技术，该项技术不仅具有节能、不造成环境污染的特点，而且在大规模制造各种高品质的光学薄膜上更具有优势。在薄膜沉积过程中通过离子轰击，可有效提高薄膜和基片之间的结合力，使薄膜结构更加致密，可进一步提高薄膜的光学性能和机械性能。此外，在薄膜沉积过程中通入所需反应气体，反应气体原子在离子源中离化后，可以沉积形成一定化学配比的薄膜。目前国内外利用等离子体辅助沉积光学薄膜技术，在大规模生产红外、紫外波段窄带滤光片等高精度光学薄膜元件中，得到了成功的应用。本文针对宽柬冷阴极离子源进行了研究，介绍了宽束冷阴极离子源的基本原理，并对宽束冷阴极离子源镀膜过程中的电荷积累效应进行了分析。宽束冷阴极离子源引出的离子束宏观上呈现正电性，在镀膜过程中正电荷会在绝缘薄膜表面积累，产生的静电场对后续离子产生排斥作用，降低离子辅助效果，电荷积累严重时会发生打火现象，影响薄膜的质量。针对这种现象，本文对原有的宽束冷阴极离子源进行了改进，通过分时引出电子和离子，降低绝缘薄膜表面的电荷积累效应，提高薄膜质量。实验表明，我们改进后的离子源具有先进性和良好的应用价值，成功的抑制了使用原有宽束冷阴极离子源进行离子束辅助镀膜沉积过程中由于电荷积累效应引起的静电场和打火现象，提高了离子辅助的效果。本文的研究工作可以为进一步的等离子体辅助镀膜研究工作提供重要参考价值和实验结果。

关键词：离子束辅助沉积；等离子体辅助沉积；离子源；宽束冷阴极离子源ＳｔｕｄｙｏｎａｎｅｗＰｌａｓｍａｓｏｕｒｃｅＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅ：ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＭａｃｈｉｎｅｒｙ

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ｐｒｏｄｕｃｅＨｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｔｈｉｎｆｉｌｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓＩＲ．ＵＶｗａｖｅｂａｎｄｆｉｌｔｅｒ，ｅｔｃ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｂｒｏａｄｂｅａｍｃｏｌｄｃａｔｈｏｄｅｉｏｎｓｏｕｒｃｅｉｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｒｇｅｓ

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ｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｐｌａｓｍａａｓｓｉｓｔｅｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｆｕｔｕｒｅ．

ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＩｏｎＢｅａｍＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＩＢＡＤ）；ＰｌａｓｍａＩｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＩＡＤ）；

ＩｏｎＳｏｕｒｃｅ；ＢｒｏａｄＢｅａｍＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＩｏｎＳｏｕｒｃｅ学位论文知识产权声明学位论文知识产权声明本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。学校有权保留送（提）交的学位论文，并对学位论文进行二次文献加工供其他读者查阅和借阅；学校可以在网络上公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）

学位论文作者签指导教师签名：日期：

５９学位论文独创性卢明学位论文独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了致谢。学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

学位论文作者签名：指导教师签名：日期：≥川章ｅ毯８墨１绪论１．１薄膜的制备技术及比较１绪论

薄膜，因为其厚度方向的尺寸与横向尺寸相ＬＬｄ，得多，称为二维材料。由于尺寸效应和结构上的原因，薄膜在力、电、磁、光等方面具有一些特殊的性质，在光学、机械、微电子、信息、传感等领域都有重要的应用。随着科学技术的飞速发展，薄膜产品已经广泛地应用到机械、电子、化工、医学、航空航天等领域。信息时代的到来，使薄膜产品应用范围进一步扩大，人们要求丌发出高质量、具有特殊功能的薄膜以满足实际应用的需要。光学薄膜的制各一般是采用物理气相沉积法（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＰＶＤ）：有传统的真空蒸镀法（ＶａｃｕｕｍＥｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，ＶＥ），也有离子镀方法，包括离子束辅助沉积（ＩｏｎＢｅａｍ

ＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＩＢＡＤ）、离子束溅射（ＩｏｎＢｅａｍＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，ＩＢＳ）、低压反应离子镀

（Ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＰｌａｔｉｎｇ，ＬＶＲＩＰｏｒＲＬＶＩＰ）等。制备技术的优劣是通过薄膜的性能来体现的，一般是薄膜的光学常数、附着力、硬度、应力和稳定性等。好的制备技术，其介质膜的折射率和消光系数应达到或接近块体材料的数值，附着力强，硬度高，应力在不可能消除的情况下最好是压应力，能够适应长期存放和不同的使用环境。考虑到生产效率的问题，在保证薄膜厚度和光学常数均匀的情况下，沉积面积应尽量大，沉积速率不能过低。

１．１．１真空蒸镀法真空蒸镀法具有较长的历史，这种方法沉积速率高，沉积面积大，生产效率高，另外设备和操作也比较简单，是在实验室和工业生产中制备薄膜的主要技术手段。真空蒸镀法是在真空（１０。３Ｐａ）条件下通过加热使薄膜材料气化，材料的蒸汽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做成电阻蒸发器，材料放在蒸发器中，由于温度有限和高温下材料与蒸发器化学反应的原因，可供使用的镀膜材料很少；后来出现了电子枪蒸发源，材料放在有水冷的坩埚罩，通过聚焦的高能电子束轰击进行局部加热，解决了温度和反应的问题，扩大了材料的选择范围。真空蒸镀法制备的薄膜填充密度小，折射率比块体偏低；容易吸附残余气体和水汽，光学Ｉ吸收大，时效性差；表面、界面不平整，体内散射、表面散射大、应力高、硬度低、附着力小、牢固性差。研究证实，在真空蒸镀法中，薄膜采取的是岛状生长模式。由于蒸汽粒子的入射动能很低，在基片的迁移率非常有限，最后形成的膜层内部呈柱状疏松结构，造成薄膜性能缺陷。对介质薄膜的特性及微观结构的研究表明，传统真空蒸镀法制备的光学薄膜具有典型的柱状结构，这种柱状结构是光学薄膜器件性能随环境变化而出现不稳定的主要原因。因此，提高光学薄膜质量