真空镀膜技术基础知识

1.采用什么镀膜机？

光学镀膜机多是基于PVD，即物理气相沉积的镀膜机。国产机以南光和北仪为代表，进口机以德国的莱宝机，美国的Vecco机和日本的光驰机、昭和机为代表。

2.采用什么样的膜料气汽化方式？

对于物理气相沉积型真空镀膜机，有三种汽化方式：热蒸发，溅射，离子镀。目前国内在光学真空镀膜方面多采用热蒸发的方式。溅射技术以磁控溅射为代表，溅射和离子镀的方式在大批量生产的表面处理、太阳能电池板生产中应用较多。

热蒸发又分为四种方式：电阻加热，电子束加热，电磁感应加热和激光束加热。四种方式各有特点和优势，电磁感应加热适合大规模连续型设备，并且只能镀金属膜料；激光束加热方式目前尚不成熟；电阻加热方式使用最早，但不适合高熔点膜料，自动化程度低，适合镀制金属膜和膜层较少的膜系；电子束加热方式使用电子枪产生电子束通过聚焦集中于膜料上进行加热，该方法应用最广，自动化程度高，技术成熟。

3.如何精确控制膜层厚度？

膜层厚度的控制方法有：目视法、光电极值法，石英晶振法和全光谱在线控制法等。目视法最早应用，适合于膜层较少的可见光波段的膜系，人为误差较大；全光谱在线控制法适合宽波段膜系的镀制，可以实时反馈及时修正误差，但目前上不普及；光电极值法适合镀制单点要求的膜系，自动化程度不高；石英晶振法自动化程度最高，应用最为普及，他采用石英晶体的振动频率和质量的相关性来测定膜层的质量，从而根据密度换算成物理厚度。

采用石英晶振法控制膜层厚度，和电子束加热的方式相配合，可以实现镀制过程的高度自动化，确保工艺的重复性。采用美国生产的360石英晶体控制仪，石英晶体探头表面镀金，其振动信号转换成电信号后，经后续电路处理，输入360石英晶体控制仪，实时输出结果，并反馈调节电子束能量，形成闭环控制，确保膜厚控制的精度。

4.如何加强曲面镀膜均匀性？

理论上，当蒸发源为点源时，被镀件和蒸发源距离一样时满足均匀性，即蒸发源位于球心，被镀件位于同一球面；当蒸发源为面源时，符合余弦分布，既蒸发源和被镀件位于同一球面。

镀膜均匀性，一般由设备本身的调试决定。首先满足上述理论要求，电子束加热方式一般看作理想面源。工件盘的面型（曲率）精度在制作时应该得到保证。此外，基板温度的均匀性也会影响膜厚均匀性。工件盘的匀速转动可以保证被镀件同一半径（同圈）上被镀件的膜厚均匀性。还可以采用修正挡板适当改善均匀性。上述措施可以满足一般光学零件的膜厚均匀性的要求。

对于曲率半径较小的零件，可以等同于平面零件，对膜厚均匀性影响较小，可以不考虑曲面对均匀性的影响。而对于曲率半径很大的零件，尤其是光学透镜接近半球时对于单个零件不同位置的膜厚均匀性的影响就要重新考虑。此时多采用行星夹具，工件盘的公转和行星轮的自传，甚至是零件本身的旋转，可以保证大曲率零件的均匀性。

5.如何控制沉积速率？

沉积速率是蒸汽分子沉积到基片上的速度，和基片温度，蒸汽压有关。蒸汽压和膜料的蒸发速率有关，膜料蒸发应满足膜料温度大于膜料蒸发温度的必要条件。蒸发速率受电子束能量的调节。在其他条件确定时，调节沉积速率就是调节蒸发速率。当电子束斑位置和面积一定时，电子束能量越小，蒸发速率越小。

6.如何提高真空度？用什么检测真空度？

真空环境由密闭的真空室和组合抽气系统完成，抽气系统有机械泵，罗茨泵，油扩散泵组成。真空度和抽气速率及抽气时间有关，在抽气系统（抽气速率）确定的情况下，抽气时间越长，真空度越高。但是不会超过系统的极限真空度。

真空度的测量采用组合真空计，其中电阻规测量低真空，1Pa以上；电离规测量高真空，1Pa以下。其输出电信号由后续电路处理然后显示。

7.膜层填充度的影响？

采用物理气象沉积方法镀制的膜层都不同程度的存在微观柱状结构，其填充度都低于块状，即小于1。降低沉积速率，增加基底温度和采用离子辅助沉积都有助于提高膜层的填充度。

填充度较低的主要影响是，在大气环境中，空气湿度变化后，水蒸汽会进入膜层的微观柱状结构的缝隙中，吸潮前后，从而引起光谱曲线的变化，即波长的漂移。

8.膜层的机械性能

为了获得牢固耐久的薄膜，对膜料有如下要求：膜料本身应具有良好的机械强度和化学稳定性；薄膜应力要尽可能小，而且其性质要相反（压应力和张应力），以降低多层膜的累积应力。

应该指出的是，薄膜的机械性能和化学性能随着制备条件不同而存在明显的差异。例如离子轰击或者基底加热能使ZnS膜变得非常坚硬。所以在具体选择材料时，必须综合的考虑各种条件及其相互联系。

此外，还要注意分析薄膜的具体应用条件，即胶合使用的场合不必过于追究机械和化学性能；用于潮湿空气中的薄膜，要求膜料的耐潮性能特别好；在海面应用的薄膜，主要考虑盐、碱对薄膜的作用；高温高寒环境下使用的薄膜，要注意分析温度对薄膜的影响；高能激光薄膜应着重考虑激光对薄膜的破坏。

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