今天為大家介紹一下關(guān)于光學(xué)薄膜制備的常用方法。歡迎大家收藏哦！

濺射法

濺射是在電場的作用下，粒子經(jīng)加速后快速轟擊膜料靶材，促使膜料濺射出來的現(xiàn)象。濺射方法大體可分為直流、射頻、磁控、反應(yīng)濺射。

（1）直流濺射

直流濺射設(shè)備較為簡單，但是它的最大缺點是工作環(huán)境要求的氣壓較高，濺射速率較低，從而制備的薄膜純度較低，同時濺射效率也不夠高。

（2）射頻濺射

射頻濺射中的電源裝置由直流變?yōu)榻涣鳌Ｔ摲椒ㄟm用于固體材料，常用于制備合金膜、磁性膜等。其特點是沉積速率快，成膜純度高，致密性好。

（3）磁控濺射

磁控濺射技術(shù)是在真空中，經(jīng)電場作用，將氬氣電離成Ar+正離子，Ar+經(jīng)加速后撞擊靶材膜料，從而濺射到襯底上，制成薄膜。濺射法初期常用來制備絕緣體、金屬等材料，具有成膜面積大，粘著力強等優(yōu)點，而在1970年代發(fā)展起來的磁控濺射技術(shù)，更是實現(xiàn)了高速率，低溫度、能夠工業(yè)化批量生產(chǎn)等優(yōu)點。直流、射頻方法有兩個缺點：①濺射沉積速率慢；②濺射條件需要較高壓強。這兩個缺點的存在，都有可能導(dǎo)致成膜過程中薄膜受到污染。因此，磁控濺射技術(shù)相對于這兩種方法而言更具優(yōu)越性。

（4）反應(yīng)濺射

反應(yīng)濺射方法是在濺射過程中，通入氣體如O2、Ar，從而對薄膜組分和特性進行控制。該方法能夠制成不同組分配比的薄膜，其優(yōu)點為薄膜附著力好、厚度均勻平整，可以實現(xiàn)工業(yè)批量生產(chǎn)。

由于反應(yīng)濺射的出現(xiàn)，SiO2、MgF2、Si3N4 等減反膜也相繼制備成功，由于TiO2、SiO2 性能穩(wěn)定、對環(huán)境友好，所以豐德（Pfund）提出TiO2 和SiO2 是一種理想的減反射材料，相比于其他材料缺陷較少。因此，至今仍然有許多研究者繼續(xù)深入對TiO2 和SiO2 的研究。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是兩種及以上氣態(tài)物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)，生成新的物質(zhì)，最后沉積在襯底上的一種方法。下面介紹常用的幾種制膜方法。

（1）金屬有機化合物氣相沉積 （MOCVD）

MOCVD 與CVD 的機制一樣，但它采用金屬有機化合物作為初始反應(yīng)物。其優(yōu)點是：熱敏感的襯底上也可以制備薄膜；缺點是沉積速率慢，成膜質(zhì)量較差缺陷較多。

（2）等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（PECVD）

PECVD 主要引進等離子體技術(shù)，促使氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在基底上形成薄膜。近些年來，更多的研究者傾向于PECVD 技術(shù)制備薄膜。其優(yōu)點是薄膜缺陷少，所需環(huán)境溫度低。

（3）激光化學(xué)氣相沉積（LCVD）

LCVD 是用激光束照射反應(yīng)氣體，氣體密封于反應(yīng)室內(nèi)，誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，最后生成新物質(zhì)沉積在襯底上的制膜方法。其優(yōu)點是：①基底的加熱是間接進行的，能按需沉積，且能控制薄膜生在范圍；②沉積速率快；③能減小來自基底參雜的影響。

（4）分子束外延法（MBE）

MBE 是在超高真空條件下，通過噴射膜料組成成分的分子束流，在基片表面形成外延層的鍍膜技術(shù)。其優(yōu)點是：①可以制備單晶結(jié)構(gòu)薄膜；②可以高精度制備想要的膜厚、組分等。同時MBE 也存在缺點，主要為：①設(shè)備成本高昂，且維護成本也較高；②生長速度慢；③無法工業(yè)生產(chǎn)的量產(chǎn)化，只適用于研究，規(guī)模最大的MBE 設(shè)備，也只能一次制備8片6英寸左右的薄膜。

真空蒸發(fā)法

真空蒸發(fā)是在真空環(huán)境下，直接對膜料加熱蒸發(fā)，使其氣化形成蒸氣流，然后沉積在襯底上從而形成薄膜的方法。其優(yōu)點：①制備過程簡單；②成膜質(zhì)量好、雜質(zhì)較少，可以精準制備想要的膜厚；③生長機制單純直觀。其缺點為：①獲得結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜困難；②薄膜易脫落；③工藝重復(fù)性差。

（1）電阻加熱蒸發(fā)

電阻加熱蒸發(fā)是將高熔點金屬材料例如鉭、鉑、鎢等，制成適當大小，放入待蒸發(fā)區(qū)，通入電流對膜料直接蒸發(fā)。其優(yōu)點是膜料結(jié)構(gòu)簡單、成本低；缺點是需要處理膜料的形狀。

（2）電子束蒸發(fā)

電子束蒸發(fā)是在真空室內(nèi)，利用電子槍直接照射放在坩堝里的材料，使膜料物質(zhì)從固態(tài)變氣態(tài)，然后在基片表面凝結(jié)成膜。其優(yōu)點是：①電子束的能量要遠高于電阻加熱產(chǎn)生的能量，從而促使膜料預(yù)熔的更徹底；②電子束加熱可以避免薄膜受到污染，制備薄膜純度高；③傳導(dǎo)熱量過程中膜料能充分吸收，熱損失小，因此熱效率高。

離子束濺射法

離子束濺射法是在真空環(huán)境下，用離子撞擊靶材，被轟擊出的離子沉積在基片上，最后制成薄膜的技術(shù)。

在設(shè)計高精度薄膜時，通常使用這種方法。其優(yōu)點是：①薄膜較致密，缺陷少；②薄膜耐久度好; ③可獨立調(diào)節(jié)、控制各種實驗參數(shù)、可以控制變量找出最佳的薄膜制備參數(shù)。④有良好附著力，不易脫落。其不足主要是：①只能制備小尺寸薄膜，且速率慢；②無法制備面積大且均勻薄膜；③設(shè)備運行成本較高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

脈沖激光淀積法

脈沖激光淀積法，該方法是用激光轟擊膜料，被轟擊出的物質(zhì)沉積在襯底上得到對應(yīng)膜料薄膜。

這是一種應(yīng)用頗廣的新型的薄膜制備技術(shù)，其主要優(yōu)點是：①沉積速率快，制備周期短，且成膜均勻；②能夠按需調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，且?guī)缀蹩梢圆捎萌我忸愋桶胁?；③儀器容易清理，有良好的兼容。且能夠獲取想要的組分比薄膜，因此在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域中應(yīng)用頗廣。

但該方法也有局限性：①由于濺射過程中顆粒物的存在，導(dǎo)致成膜質(zhì)量較差；②成膜速率慢，且規(guī)模小設(shè)備成本高。鍍膜過程中由于其淀積的角度窄，有效鍍膜的范圍小，超出一定范圍后，制備的薄膜就不均勻。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法于60 年代開始發(fā)展的。它的化學(xué)過程是將分布于溶劑中原料通過水解等方式，生成活性單體，再將溶質(zhì)聚合、形成凝膠，經(jīng)過干燥、焙燒，得到所需的材料。該方法一般是用來制備玻璃、陶瓷或其他無機材料。

溶膠-凝膠法的優(yōu)點是：①由于在溶劑中的化學(xué)反應(yīng)促使材料分布均勻；②溶膠液直接用于成膜，制備薄膜的面積可控；③在低溫環(huán)境就可發(fā)生反應(yīng)，對溫度要求不高；④操作簡易，成膜效率高，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

缺點是：①只能制備特定薄膜，金屬膜、鹵化物膜無法制備；②反應(yīng)速率不可控，且反應(yīng)過程受很多因素影響，因此大量生產(chǎn)出的凝膠膜的性能和質(zhì)量就難以保持一致；③制備周期較長可能要幾周的時間; ④溶膠時，內(nèi)部可能存在大量氣泡，在干燥時產(chǎn)生收縮。

等離子輔助沉積法

等離子輔助沉積法是在蒸發(fā)鍍膜過程中，用離子束流轟擊薄膜，大大的提高了膜層的牢固性，薄膜光學(xué)性能也更滿足需求。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需配備離子源，與普通熱蒸發(fā)鍍膜機相比，需要額外成本，成本較高。但由于可以明顯提高薄膜質(zhì)量，所以使用廣泛。

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審核編輯：黃飛