紫外光光學薄膜製鍍技術簡介

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紫外光光學薄膜製鍍技術簡介
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圖一、多靶式射頻磁控濺鍍系統
本中心在真空設備與真空鍍膜技術皆有長久的發展，為配合衛星遙測儀器系統的開發以及運用既有真空鍍膜系統與製程技術能力，本中心利用現有之射頻磁控濺鍍系統濺鍍一系列紫外光抗反射多層薄膜元件，以開發具有更高品質及優越特性的光學薄膜元件。本研究係利用射頻磁控濺鍍系統製鍍氧化鉿 (HfO2) 與氧化矽 (SiO2) 光學薄膜，並探討其在不同真空度環境下，紫外光波段 (300 nm – 400 nm) 之薄膜穿透率 (transmittance)、折射率 (refractive index) 及消光係數 (extinction coefficient) 等光學性質，以得到穿透率96% 以上單介面抗反射膜及穿透率 99% 以上雙介面抗反射膜。
本研究採用多靶式射頻磁控濺鍍系統，如圖一所示，靶材為直徑 4 英吋之 HfO2 與 SiO2 介質靶，系統之真空抽氣系統採用機械幫浦做前級抽氣，再以冷凍幫浦作為高真空抽氣幫浦；在靶材外部直接套上氣環，通以氬氣及氧氣；石英基板清潔後，置入真空室，背景壓力抽至 6 × 10 – 6 Torr 後，分別充入不同氬氣流量來調制真空度 0.6 – 5 mTorr，功率及氧流量經測試後，考慮其濺鍍速率，分別以功率 240 W 及 220 W 濺鍍 HfO2 和 SiO2、氧流量 0.4 sccm、基板溫度為室溫，進行濺鍍。
濺鍍完成後，試片以 Lambda 900 紫外光／可見光／近紅外光光譜儀量測穿透光譜，折射率及消光係數以 Sopra 橢圓偏光儀量測，表面粗糙度利用 Digital Instruments Nanoscope III 量測；根據此兩種材料分析結果找出最佳條件，製鍍單介面 (fused-silica /HfO2/SiO2/Air) 及雙介面 (air/SiO2/HfO2/fused-silica/HfO2/SiO2/air) 抗反射膜。
4 l% \) }+ @( h1 R2 x4 w* y圖二 (a-c) 為不同真空度下，HfO2 之薄膜穿透率、薄膜折射率、消光係數與波長關係圖。在 5 mTorr 時，薄膜的穿透率及折射率最低，消光係數最大； 1 mTorr 時，薄膜的穿透率及折射率最高，消光係數也最低。

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[size=-1]圖二 (a)、不同真空度下製鍍 HfO2 之薄膜穿透率與波長關係圖
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9 C1 B2 b5 M; ]* i2 o( ~' W3 ~[size=-1]圖二 (b)、不同真空度下製鍍 HfO2 之薄膜折射率對波長關係圖
  
[size=-1]圖二 (c)、不同真空度下製鍍 HfO2 之薄膜消光係數對波長關係圖
  
# ^2 K$ L% x% f3 P$ [2 m- a4 T  Q1 ?由於實驗中所使用的基板為石英基板，其波長在 300 – 400 nm 時折射率與欲鍍之 SiO2 薄膜折射率非常相近，會造成試片在穿透光譜上量測的困難。因此濺鍍 SiO2 時，先鍍上一層 HfO2 之高折射率薄膜，再鍍上一層欲鍍之 SiO2 薄膜。圖三 (a-c) 分別為不同真空度下， SiO2 之薄膜穿透率、薄膜折射率、消光係數與波長關係圖。在鍍著條件為 0.8 mTorr 時，穿透率最高，其穿透率損耗最小，所量測之消光係數也最小；而在鍍著條件為 5 mTorr 時，穿透率最低，消光係數也最大。
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2 v: b6 T' i' m' t  P7 ^" Z[size=-1]圖三 (a)、不同真空度下製鍍 SiO2 之薄膜穿透率與波長關係圖
  
& `9 C: U; M- K7 @+ a" Z* S[size=-1]圖三 (b)、不同真空度下製鍍 SiO2 之薄膜折射率對波長關係圖
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" e7 h7 e' E! T5 Z1 z( H[size=-1]圖三 (c)、不同真空度下製鍍 SiO2 之薄膜消光係數對波長關係圖
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圖四、單介面及雙介面抗反射膜穿透光譜圖
依上述分析結果，於 1 mTorr 及 0.8 mTorr 壓力下分別濺鍍 HfO2 和 SiO2，進行單介面及雙介面抗反射膜製鍍。由圖四可知，在紫外光區波段中心波長 350 nm 處，單介面製鍍之穿透率為 96.45%，雙介面製鍍之穿透率為 99.58%。相較於其他高折率材料，以 Al2O3 和 SiO2 為例，在單介面雙層及四層疊加製鍍其穿透率為 94.7% 和 95.9%，其雙介面四層疊加製鍍穿透率為 98.88%。不管在單雙介面情況下，HfO2 和 SiO2 所呈現的結果均較佳，且在膜層的疊加上更少，即可達到更好效果，也相對減少多層製鍍過程中的誤差。

longmin

謝謝樓主提供
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谢谢楼主的好资料