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2025-12-17
ऑप्टिकल कोटिंग, ऑप्टिकल घटकों के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए एक प्रमुख तकनीक के रूप में, लेजर उपकरण, इमेजिंग सिस्टम, फोटोवोल्टिक उपकरणों और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। इसकी गुणवत्ता सीधे ऑप्टिकल सिस्टम के प्रमुख संकेतकों जैसे ट्रांसमिटेंस, रिफ्लेक्टेंस और पर्यावरणीय स्थिरता को निर्धारित करती है। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण (ई-बीम वाष्पीकरण) और मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग (मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग) वर्तमान में दो मुख्यधारा की भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) तकनीकें हैं, और कोटिंग सिद्धांतों, प्रदर्शन और अनुप्रयोग परिदृश्यों में उनके बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं। यह लेख तकनीक के सार से शुरू होगा, दो तकनीकों के मुख्य लाभों और सीमाओं की व्यवस्थित रूप से तुलना करेगा, और ऑप्टिकल कोटिंग की प्रक्रिया चयन के लिए एक वैज्ञानिक आधार प्रदान करेगा।
दोनों तकनीकें एक निर्वात वातावरण में लक्ष्य सामग्री परमाणुओं/अणुओं के प्रवास और जमाव को प्राप्त करती हैं, लेकिन ऊर्जा उत्तेजना और हस्तांतरण तंत्र में अंतर उनके बाद के प्रदर्शन अंतर की नींव रखते हैं।
इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण तकनीक ऊर्जा वाहक के रूप में उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करती है। एक इलेक्ट्रॉन गन द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को उच्च वोल्टेज द्वारा त्वरित किया जाता है और फिर एक चुंबकीय क्षेत्र के फोकसिंग प्रभाव के तहत पानी से ठंडा होने वाले क्रूसिबल में रखे गए लक्ष्य सामग्री की सतह पर सटीक रूप से बमबारी की जाती है। इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जिससे लक्ष्य सामग्री स्थानीय रूप से उच्च तापमान वाली पिघली हुई या वाष्पित अवस्था में आ जाती है। गैसीय लक्ष्य सामग्री के परमाणु/अणु लक्ष्य सामग्री की सतह से अलग होने के बाद, वे निर्वात कक्ष में बेतरतीब ढंग से घूमते हैं और अंततः पूर्व-उपचारित ऑप्टिकल सब्सट्रेट की सतह पर जमा हो जाते हैं, जिससे एक समान फिल्म बनती है। पूरी प्रक्रिया के दौरान, पानी से ठंडा होने वाले क्रूसिबल लक्ष्य सामग्री और क्रूसिबल के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं को प्रभावी ढंग से रोक सकते हैं, जिससे अशुद्धता संदूषण कम हो जाता है। यह सुविधा उन्हें उच्च-शुद्धता वाली फिल्मों की तैयारी में एक लाभ देती है।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग गैस डिस्चार्ज और आयन बमबारी के सिद्धांतों पर आधारित है। एक निर्वात कक्ष में निष्क्रिय गैस (आमतौर पर आर्गन) पेश की जाती है और प्लाज्मा बनाने के लिए एक रेडियो आवृत्ति या प्रत्यक्ष धारा विद्युत क्षेत्र द्वारा उत्तेजित किया जाता है। एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, प्लाज्मा में आर्गन आयन त्वरित होते हैं और लक्ष्य सामग्री की सतह पर बमबारी करते हैं, जिससे लक्ष्य सामग्री के परमाणु जाली बाधाओं से मुक्त होने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं (अर्थात, "स्पटरिंग" प्रक्रिया)। स्पटरिंग दक्षता को बढ़ाने के लिए, डिवाइस लक्ष्य सामग्री के पीछे एक चुंबकीय क्षेत्र स्थापित करता है। इलेक्ट्रॉनों पर चुंबकीय क्षेत्र के बंधन प्रभाव के माध्यम से, प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों का गति पथ लंबा हो जाता है, जिससे आर्गन अणुओं के साथ टकराव की संभावना बढ़ जाती है, जिससे प्लाज्मा घनत्व और स्पटरिंग दर में सुधार होता है। लक्ष्य सामग्री के विभिन्न प्रकारों के अनुसार, इसे डीसी मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग (कंडक्टर लक्ष्यों के लिए उपयुक्त) और आरएफ मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग (इंसुलेटिंग लक्ष्यों के लिए उपयुक्त) में विभाजित किया जा सकता है।
ऑप्टिकल कोटिंग में फिल्म की शुद्धता, एकरूपता, घनत्व और तनाव की स्थिति के लिए सख्त आवश्यकताएं होती हैं। इन प्रमुख संकेतकों में दो तकनीकों के प्रदर्शन अंतर सीधे उनके अनुप्रयोग क्षेत्र को निर्धारित करते हैं।
फिल्म की शुद्धता ऑप्टिकल प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक है। अत्यधिक अशुद्धता सामग्री प्रकाश अवशोषण में वृद्धि और ट्रांसमिटेंस में कमी लाएगी। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण तीन बिंदुओं के माध्यम से उच्च शुद्धता सुनिश्चित करता है: सबसे पहले, इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा लक्ष्य सामग्री की सतह पर केंद्रित होती है, और क्रूसिबल विकिरण के माध्यम से केवल थोड़ी मात्रा में गर्मी प्राप्त करता है, जिससे लक्ष्य सामग्री का क्रूसिबल से पिघलना और चिपकना बच जाता है। दूसरा, इसमें उच्च निर्वात डिग्री होती है (आमतौर पर 10-6 Pa के स्तर तक पहुँचती है), वाष्पित कणों के गैस अणुओं द्वारा संदूषण को कम करती है। तीसरा, यह एकल लक्ष्य सामग्री के सटीक वाष्पीकरण को प्राप्त कर सकता है, कई लक्ष्य सामग्रियों के क्रॉस-संदूषण से बच सकता है। प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण द्वारा तैयार की गई SiO2 एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म की अशुद्धता सामग्री 50ppm से कम है, जबकि मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रक्रिया की अशुद्धता सामग्री आमतौर पर प्लाज्मा में अवशिष्ट गैस आयनों के कारण 100-200 PPM होती है।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग की शुद्धता की कमी मुख्य रूप से प्लाज्मा वातावरण से उत्पन्न होती है। आर्गन आयन फिल्म जाली में एम्बेड हो सकते हैं, और स्पटरिंग प्रक्रिया के दौरान लक्ष्य सतह पर ऑक्साइड परत फिल्म में मिल जाएगी। हालांकि इसे निर्वात डिग्री बढ़ाकर और लक्ष्य सामग्री के पूर्व-स्पटरिंग का उपयोग करके सुधारा जा सकता है, अल्ट्रा-उच्च शुद्धता आवश्यकताओं वाली ऑप्टिकल फिल्मों (जैसे लेजर अनुनाद गुहा लेंस कोटिंग) के लिए, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण से मेल खाना अभी भी मुश्किल है।
फिल्म की एकरूपता सीधे ऑप्टिकल घटकों की सतह के आकार की सटीकता को प्रभावित करती है, खासकर जब बड़े आकार के सब्सट्रेट कोटिंग करते हैं, तो यह और भी महत्वपूर्ण है। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण सब्सट्रेट स्टेज को घुमाकर और इलेक्ट्रॉन बीम स्कैनिंग पथ को अनुकूलित करके 300 मिमी व्यास के सब्सट्रेट पर ±1% से कम की फिल्म मोटाई विचलन प्राप्त कर सकता है। हालांकि, वाष्पीकरण स्रोत की "बिंदु स्रोत" विशेषताओं के कारण, सब्सट्रेट के किनारे पर मोटाई क्षीणन होने की संभावना है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग बड़े आकार के सब्सट्रेट (जैसे 600 मिमी * 600 मिमी फोटोवोल्टिक ग्लास) पर बेहतर प्रदर्शन करता है, लक्ष्य सामग्री की "सतह स्रोत" स्पटरिंग विशेषताओं के कारण। मोटाई की एकरूपता को ±2% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, और फिल्म परत का मोटाई वितरण एक आयत के करीब होता है, जिसमें एक कमजोर किनारा प्रभाव होता है।
घनत्व के संदर्भ में, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का एक फायदा है। स्पटर किए गए कणों में उच्च गतिज ऊर्जा होती है (आमतौर पर इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पित कणों की तुलना में 10 से 100 गुना अधिक), और जब सब्सट्रेट सतह पर जमा होते हैं, तो वे मजबूत सोखना और प्रसार प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं, जिससे 98% से अधिक घनत्व वाली अधिक बारीकी से व्यवस्थित फिल्म जाली बनती है। यह संकुचितता फिल्म के पहनने के प्रतिरोध और नमी और गर्मी प्रतिरोध को बढ़ाती है। उदाहरण के लिए, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा तैयार की गई TiO2 उच्च-परावर्तन फिल्म को 1000 घंटे के लिए 85 °C /85%RH पर रखने के बाद 0.5% से कम का परावर्तन क्षीणन होता है। इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा वाष्पित फिल्म का घनत्व आमतौर पर 90% और 95% के बीच होता है, और इसके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए बाद में एनीलिंग उपचार की आवश्यकता होती है, लेकिन इससे फिल्म के तनाव में बदलाव हो सकता है।
प्रक्रिया दक्षता मुख्य रूप से जमाव दर और उत्पादन क्षमता में परिलक्षित होती है। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण की जमाव दर लक्ष्य सामग्री के प्रकार के साथ बहुत भिन्न होती है। धातु लक्ष्यों (जैसे एल्यूमीनियम और चांदी) के लिए, यह 50nm/s तक पहुँच सकता है, जबकि ऑक्साइड लक्ष्यों (जैसे SiO2 और TiO2) के लिए, यह केवल 1-5nm/s है। इसके अलावा, एक बार में लोड की गई लक्ष्य की मात्रा सीमित होती है, और लक्ष्य परिवर्तनों के लिए बार-बार शटडाउन की आवश्यकता होती है। यह छोटे बैच और उच्च-सटीक उत्पादन के लिए उपयुक्त है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग की जमाव दर अधिक स्थिर है। धातु लक्ष्यों की जमाव दर 20nm/s तक पहुँच सकती है, और प्रतिक्रियाशील स्पटरिंग के माध्यम से ऑक्साइड लक्ष्यों की जमाव दर 3-8nm/s तक पहुँच सकती है। यह कई लक्ष्यों के एक साथ स्पटरिंग का भी समर्थन करता है, जिससे बहु-परत फिल्मों का निरंतर जमाव संभव हो पाता है। एकल-बैच उत्पादन क्षमता इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण की तुलना में 3-5 गुना है।
लागत के संदर्भ में, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण उपकरण में प्रारंभिक निवेश अपेक्षाकृत अधिक होता है (लगभग 1.5 से 2 गुना समान विनिर्देश के मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग उपकरण की तुलना में), और इलेक्ट्रॉन गन की रखरखाव लागत अधिक होती है, जिसमें फिलामेंट और कैथोड को हर 1,000 घंटे में बदलने की आवश्यकता होती है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग उपकरण की संरचना अपेक्षाकृत सरल है, और लक्ष्य सामग्री उपयोग दर 70-80% तक पहुँच सकती है (जबकि इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण की केवल 50-60% है)। दीर्घकालिक परिचालन लागत कम होती है, जिससे यह बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त हो जाता है।
उपरोक्त प्रदर्शन अंतरों के आधार पर, दो तकनीकों ने ऑप्टिकल कोटिंग के क्षेत्र में स्पष्ट अनुप्रयोग विभाजन बनाए हैं, जो क्रमशः विभिन्न प्रदर्शन आवश्यकताओं और उत्पादन पैमानों के अनुरूप हैं।
उन क्षेत्रों में जहां पतली फिल्मों की अत्यधिक उच्च शुद्धता और ऑप्टिकल सटीकता की आवश्यकता होती है, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण एक अपूरणीय विकल्प है। उदाहरण के लिए, लेजर परमाणु संलयन उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले उच्च-शक्ति लेजर लेंस में, अत्यंत कम नुकसान वाली एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्मों को तैयार करना आवश्यक है। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण द्वारा तैयार की गई SiO2/Ta2O5 बहुपरत फिल्मों में 10-6 से कम का प्रकाश अवशोषण गुणांक हो सकता है, जो मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग उत्पादों से कहीं बेहतर है। एयरोस्पेस क्षेत्र के अवरक्त पहचान प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण द्वारा तैयार की गई Ge-आधारित एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्में अवरक्त ट्रांसमिटेंस को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकती हैं और चरम तापमान (-60°C से 120°C) पर स्थिर प्रदर्शन बनाए रख सकती हैं।
इसके अतिरिक्त, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण में कीमती धातु फिल्मों की तैयारी में स्पष्ट लाभ हैं। उच्च-अंत ऑप्टिकल उपकरणों में उपयोग की जाने वाली Au परावर्तक फिल्में इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण प्रक्रिया द्वारा 99.5% तक दर्पण परावर्तकता प्राप्त कर सकती हैं, फिल्म परत की अच्छी एकरूपता और कोई पिनहोल दोष नहीं होता है। इसके विपरीत, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा तैयार की गई Au फिल्में अवशिष्ट आर्गन आयनों के कारण सतह की खुरदरापन के लिए प्रवण होती हैं।
फोटोवोल्टिक्स, डिस्प्ले पैनल और ऑटोमोटिव ग्लास जैसे बड़े पैमाने पर उत्पादन क्षेत्रों में, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग दक्षता और लागत में अपने फायदों के साथ हावी है। फोटोवोल्टिक सौर कोशिकाओं के उत्पादन में, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा तैयार की गई ITO पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्म ब्लॉक प्रतिरोध को 10Ω/sq के भीतर नियंत्रित कर सकती है, जिसमें 90% से अधिक का ट्रांसमिटेंस होता है, और एक ही उत्पादन लाइन की दैनिक उत्पादन क्षमता 100,000 टुकड़े तक पहुँच सकती है। ऑटोमोटिव विंडशील्ड की कोटिंग में, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा तैयार की गई गर्मी इन्सुलेशन फिल्म 90% से अधिक अवरक्त विकिरण को प्रभावी ढंग से रोक सकती है, और फिल्म परत में मजबूत आसंजन होता है। 2,000 घर्षण परीक्षणों के बाद यह छील नहीं गया है।
डिस्प्ले क्षेत्र में, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग OLED उपकरणों की इलेक्ट्रोड कोटिंग के लिए मुख्य तकनीक है। इसके द्वारा तैयार की गई Ag मिश्र धातु प्रवाहकीय फिल्म न केवल उच्च चालकता सुनिश्चित करती है बल्कि अच्छी लचीलापन भी रखती है, जो फोल्डेबल स्क्रीन की झुकने की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। इसके अतिरिक्त, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग की प्रतिक्रियाशील स्पटरिंग तकनीक बाद के ऑक्सीकरण उपचार के बिना सीधे ऑक्साइड फिल्में तैयार कर सकती है, जिससे प्रक्रिया प्रवाह सरल हो जाता है और मोबाइल फोन कैमरा लेंस जैसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक ऑप्टिकल घटकों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त हो जाता है।
ऑप्टिकल तकनीक के विकास के साथ, एक ही कोटिंग तकनीक जटिल प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो गया है, और दो तकनीकों का एकीकृत अनुप्रयोग एक नया चलन बन गया है। उदाहरण के लिए, उच्च-अंत कैमरा लेंस की कोटिंग में, "इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण + मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग" की एक समग्र प्रक्रिया अपनाई जाती है: इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण का उपयोग कोर उच्च-शुद्धता ऑप्टिकल फिल्म परत तैयार करने के लिए किया जाता है, और मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का उपयोग सतह पहनने के प्रतिरोधी सुरक्षात्मक परत तैयार करने के लिए किया जाता है। यह न केवल ऑप्टिकल प्रदर्शन सुनिश्चित करता है बल्कि फिल्म परत की यांत्रिक शक्ति को भी बढ़ाता है।
इसके अतिरिक्त, दोनों तकनीकों को लगातार अपग्रेड किया जा रहा है। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण एक स्पंदित इलेक्ट्रॉन गन पेश करके जमाव दर का सटीक नियंत्रण प्राप्त करता है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग ने उच्च-शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग (HiPIMS) तकनीक विकसित की है, जो स्पटर किए गए कणों की गतिज ऊर्जा को काफी बढ़ा सकती है और इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण के समान शुद्धता और घनत्व वाली फिल्में तैयार कर सकती है। ये तकनीकी नवाचार दो प्रक्रियाओं के बीच प्रदर्शन अंतर को कम कर रहे हैं और ऑप्टिकल कोटिंग के लिए अधिक विकल्प प्रदान कर रहे हैं।
इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण और मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रतिस्पर्धी संबंध में नहीं हैं, बल्कि विभिन्न ऑप्टिकल कोटिंग आवश्यकताओं के अनुरूप पूरक तकनीकें हैं। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण, उच्च शुद्धता और उच्च सटीकता के अपने फायदों के साथ, उच्च-अंत सटीक ऑप्टिकल घटकों और विशेष कार्यात्मक फिल्मों के छोटे बैच उत्पादन के लिए उपयुक्त है, और विशेष रूप से लेजर और एयरोस्पेस जैसे उच्च-अंत क्षेत्रों में अपूरणीय है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग, अपनी उच्च उत्पादन क्षमता और कम लागत के साथ, फोटोवोल्टिक और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे बड़े पैमाने पर औद्योगिक क्षेत्रों में पसंदीदा विकल्प बन गया है।
वास्तविक प्रक्रिया चयन में, तीन मुख्य कारकों - ऑप्टिकल प्रदर्शन आवश्यकताओं, उत्पादन पैमाने और लागत बजट - पर व्यापक रूप से विचार करने की आवश्यकता है। उच्च-अंत अनुप्रयोगों के लिए जो सटीकता को प्राथमिकता देते हैं, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण को प्राथमिकता दी जानी चाहिए। बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए जहां लागत और दक्षता को प्राथमिकता दी जाती है, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग अधिक उपयुक्त है। जटिल प्रदर्शन आवश्यकताओं के लिए, दो तकनीकों की एक संयुक्त प्रक्रिया को अपनाया जा सकता है। भविष्य में, कोटिंग तकनीक के निरंतर नवाचार के साथ, दो प्रक्रियाओं का एकीकृत अनुप्रयोग ऑप्टिकल कोटिंग की प्रदर्शन सीमाओं का और विस्तार करेगा और ऑप्टिकल उद्योग के विकास के लिए मजबूत प्रेरणा प्रदान करेगा।
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