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，關閉總電源。本發(fā)明利用常規(guī)磁控濺射方法結合傾斜蒸鍍技術，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后到達襯底表面所走過的行程和到達角度的差異，導致在成膜表面凝結、成核順序差異，而使表面形成納米量級結構生長的目的。所鍍置減反射薄膜由于陰影遮蔽效應生長成納米柱、桿狀多孔結構，從而實現(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
技術領域
[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 工藝進行漸變折射率減反射薄膜制備的方法。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)代光學薄膜生產(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，增加了設計靈敏度，可以實現(xiàn)許多 傳統(tǒng)分層介質(zhì)膜無法實現(xiàn)的性能，如較小的應力、較好的附著力、較理想的光學特性等。
[0003] 目前應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)能改變薄膜晶體結構，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構。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構，從而能 改變薄膜晶體結構。
[0005] 由于科技在不斷的進步，不同時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、溶膠凝膠法、化學腐蝕法、滾涂鍍膜、真空蒸 鍍、離子輔助沉積技術以及濺射鍍膜(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;被濺射出來的原子或分子在襯底表 面的淀積:凝結-成核-生長-成膜，而淀積在預置于真空爐內(nèi)的基片的表面，從而在基片 表面上覆蓋薄膜的一種技術。

【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)磁控濺射方法結合傾斜蒸鍍技術，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后到達襯底表面所 走過的行程和到達角度的差異，導致在成膜表面凝結、成核順序差異，而使表面形成納米量 級結構生長的目的。所鍍置減反射薄膜由于陰影遮蔽效應生長成納米柱、桿狀多孔結構，從 而實現(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方案實現(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)設計10~90°。
[0009]三、抽真空：啟動機械栗，同時開啟派射爐上方的預抽閥，當真空計達到1~10Pa，關 閉預抽閥，打開前級閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_3~le-4 Pa，對基片進行預加熱， 控制溫度為50~500 °C。
[0010]四、濺射鍍膜:打開氬氣儲氣罐再打開流量計，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，進行濺射鍍膜。
[0011]五、取出基片，關閉總電源:派射完成后，切斷濺射電源開關，關閉氬氣開關、分子 栗、前級閥和機械栗，打開放氣閥，取出基片。
[0012] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點： 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，實現(xiàn)靶源分子到達基片的入 射角度的調(diào)節(jié)，從而可實現(xiàn)納米多孔結構的薄膜制備。方法簡便，易于對原有爐體實現(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)需要進行金屬靶材或化合物非金屬靶材的鍍制，大大增強了工 藝的靈活性。
[0015] 4、磁控濺射法具有鍍膜附著力強、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，已經(jīng)得到了廣泛的運用。
[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。
【附圖說明】
[0017] 圖1為角度塊的結構示意圖； 圖2為納米桿陣列傾斜濺射沉積技術原理圖，圖中：1-氣體進出口，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物圖，a-正上方垂直觀察，b-左側偏置 30°觀測，c-左側偏置60°觀測，d-正上方偏置45°觀測，e-正上方偏置75°觀測。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本 發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍中。
[0019]
【具體實施方式】一:本實施方式提供了一種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，在其上淀積的介質(zhì)層薄膜會產(chǎn)生薄膜缺陷，且非常容易脫落。因此，應對基片進行反 復清洗，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，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 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：啟動機械栗，同時開啟派射爐上方的預抽閥，當真空計達到預定值2Pa 時，關閉預抽閥，打開前級閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_4Pa時，打開射頻源總開關對 射頻源進行預熱，同時打開對基片進行加熱1〇〇 °C。
[0022]四、濺射薄膜:打開氬氣儲氣罐再打開流量計，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)插板閥開關至濺射腔內(nèi)的 氣壓為5e_lPa。打開射頻開關，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。預派射lOmin，這時輝光放電基本穩(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，關閉總電源:濺射完成后，切斷濺射電源開關，關閉氬氣開關、分子 栗、前級閥和機械栗，打開放氣閥，取出基片。
[0024] 本實施方式制備得到的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)過上述工藝結束，在ITO玻璃表面形成納米桿多孔結構薄膜，膜層結構均勾，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]【具體實施方式】二:本實施方式提供了一種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，可依據(jù)【具體實施方式】一的方法清洗，本實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：啟動機械栗，同時開啟派射爐上方的預抽閥，當真空計達到預定值2Pa 時，關閉預抽閥，打開前級閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_4Pa時，打開射頻源總開關對 射頻源進行預熱，同時打開對基片進行預加熱至l〇〇°C。
[0028]四、濺射Si02薄膜： 打開氬氣儲氣罐再打開流量計，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)插板閥開關至濺射腔內(nèi)的氣壓為5e-lPa。打 開射頻開關，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。預濺射lOmin，濺 射Si02薄膜，控制時間以得到所需要的膜厚。
[0029]五、濺射Ti02薄膜：打開氬氣儲氣罐再打開流量計，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，板極電壓Ua調(diào)節(jié)為1200V。預濺射lOmin，正式濺射Ti02薄膜至所需要的膜厚。
[0030] 六、濺射Al2〇3薄膜：打開氬氣儲氣罐再打開流量計，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)插板閥開關至濺射腔內(nèi)的氣壓為5e-lPa。打開射頻開關，板 極電壓Ua調(diào)節(jié)為1200V，預濺射lOmin，正式濺射Al2〇3薄膜至所需要的膜厚。
[0031] 七、取出基片，關閉總電源:濺射完成后，切斷濺射電源開關，關閉氬氣開關、分子 栗、前級閥和機械栗，打開放氣閥，取出基片。
【主權項】
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，取出基片。2. 根據(jù)權利要求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 所述基片為光學玻璃、金屬基底或聚合物材料基底。3. 根據(jù)權利要求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：啟動機械栗，同時開啟濺射爐上方的預抽閥，當真空計達到1~ l〇Pa，關閉預抽閥，打開前級閥，打開分子栗，抽至所需真空度5e_3~le-4 Pa，對基片進行 預加熱。4. 根據(jù)權利要求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 所述基片預熱溫度為50~500 °C。5. 根據(jù)權利要求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，進行濺射鍍膜。
【文檔編號】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, 上?？臻g電源研究所