전자선 증발 vs 광학 코팅용 마그네트론 스프터링

광학 코팅은 광학 부품의 성능을 향상시키는 핵심 기술로서 레이저 장비, 이미지 시스템, 태양광 장치 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.그 품질은 송출량과 같은 광학 시스템의 주요 지표를 직접적으로 결정합니다., 반사율 및 환경 안정성전자 빔 증발 (E-Beam Evaporation) 및 마그네트론 스프터링 (magnetron Sputtering) 은 현재 두 가지 주류 물리적 증기 퇴적 (PVD) 기술입니다.이 문서에서는 기술의 본질에서 시작하며,두 기술의 핵심 장점과 한계를 체계적으로 비교합니다., 광학 코팅의 공정 선택에 대한 과학적 근거를 제공합니다.

두 기술 모두 진공 환경에서 대상 물질 원자/분자의 이동과 퇴적을 달성합니다.하지만 에너지 흥분과 전달 메커니즘의 차이점은 그들의 후속 성능 차이에 기초를 둔다..

전자 빔 증발 기술은 높은 에너지의 전자 빔을 에너지 운반자로 사용합니다. Electrons generated by an electron gun are accelerated by high voltage and then precisely bombshell the surface of the target material placed in a water-cooled crucible under the focusing effect of a magnetic field전자의 운동 에너지는 열 에너지로 변환되어 대상 물질이 고온 용액 상태 또는 증발 상태를 형성하게됩니다.기체형 대상 물질의 원자/분자가 대상 물질의 표면에서 분리된 후, 그들은 진공 방에서 무작위로 움직이고 결국 전처리 광적 기판의 표면에 퇴적하여 균일한 필름을 형성합니다.물로 냉각 된 크라이블은 목표 재료와 크라이블 사이의 화학 반응을 효과적으로 방지 할 수 있습니다.이 특징은 고 순수 필름의 준비에 장점을 제공합니다.

마그네트론 스프터링은 가스 방출과 이온 폭격의 원리에 기반합니다.무활성 가스 (일반적으로 아르곤) 는 진공 방으로 들어와 전파 또는 직류 전기장 에 의해 흥분 되어 플라스마 를 형성 한다전기장 작용으로 플라즈마에 있는 아르곤 이온은 표적 물질의 표면을 가속화시키고표적 물질의 원자가 격자 제약에서 벗어날 수 있는 충분한 에너지를 얻을 수 있도록 (i"스프러팅" 프로세스) 를 통해 전자에 대한 자기장의 봉쇄 효과를 통해 스프러팅 효율을 향상시키기 위해 장치는 대상 물질 뒤에 자기장을 설정합니다.,플라즈마에 있는 전자의 이동 경로는 길어지고, 아르곤 분자와의 충돌 확률이 증가하여 플라즈마 밀도와 스프터링 속도가 향상된다.각종 대상 재료에 따라, 그것은 DC 마그네트론 스프터링 (전도자 타겟에 적합) 및 RF 마그네트론 스프터링 (열화 타겟에 적합) 으로 나눌 수 있습니다.

광학 코팅은 필름의 순수성, 균일성, 밀도 및 스트레스 상태에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다.이 핵심 지표에서 두 기술의 성능 차이점은 직접 응용 범위를 결정합니다..

필름의 순수성은 광학 성능에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 과도한 불순물 함량은 빛 흡수 증가와 투명성 감소로 이어집니다.전자 빔 증발은 세 가지 지점으로 높은 순도를 보장합니다.첫째, 전자 빔의 에너지는 표적 물질의 표면에 집중되어 있고, 용기는 방사선으로 소량의 열만을 받습니다.표적 재료의 녹음과 응접을 피하기 위해두 번째로, 더 높은 진공도 (일반적으로 10^-6세 번째로, 단일 대상 물질의 정확한 증발을 달성 할 수 있습니다.여러 표적 재료의 교차 오염을 피하는 방법실험 자료에 따르면 SiO의 불순물 함량은₂전자선 증발에 의해 만들어진 반사 필름은 50ppm 미만,매그네트론 스프터링 과정의 불순물 함량은 일반적으로 플라즈마의 잔류 가스 이온으로 인해 100-200ppm입니다..

마그네트론 스프터링의 순수성 결핍은 주로 플라스마 환경에서 비롯됩니다. 아르곤 이온은 필름 격자 안에 삽입 될 수 있습니다.그리고 목표 표면에 있는 산화물 층은 스프터링 과정에서 필름에 섞여집니다.진공 정도를 증가시키고 목표 재료의 사전 스프러팅을 사용하여 개선 할 수 있지만,극도로 높은 순도 요구 사항 (레이저 공명 렌즈 코팅과 같이) 의 광학 필름, 전자 빔 증발과 비교하기는 여전히 어렵습니다.

필름의 균일성은 광학적 구성 요소의 표면 모양 정확성에 직접 영향을 미칩니다. 특히 큰 크기의 기판을 코팅할 때 더욱 중요합니다.전자 빔 증발은 300mm 지름의 기판에 ± 1% 미만의 필름 두께 오차를 달성하여 기판 단계를 회전하고 전자 빔 스캔 경로를 최적화 할 수 있습니다.그러나 증발 소스의 "점 소스" 특성으로 인해 두께 약화는 기판의 가장자리에 발생할 가능성이 있습니다.마그네트론 스프터링은 표적 재료의 "표면 소스"스프터링 특성으로 인해 큰 크기의 기판 (예를 들어 600mm * 600mm 광전지 유리) 에서 더 잘 수행됩니다.두께 균일성은 ± 2% 내에서 제어 할 수 있으며 필름 층의 두께 분포는 직사각형에 가깝고 가장자리 효과가 약합니다.

밀도 측면에서, 마그네트론 스프터링은 장점이 있습니다. 스프터링 입자는 더 높은 운동 에너지를 가지고 있습니다 (일반적으로 전자 빔 증발 입자의 10 ~ 100 배),그리고 기판 표면에 퇴적되었을 때, 그들은 98% 이상의 밀도를 가진 더 긴밀하게 배치 된 필름 격자를 형성하여 더 강한 흡수 및 확산 효과를 일으킬 수 있습니다.이 밀집성 은 필름 의 마모 저항성 과 습도 및 열 저항성 을 향상 시킨다예를 들어, TiO₂마그네트론 스프터링으로 만들어진 고 반사 필름은 1000시간 동안 85°C/85%RH에 놓은 후 반사성 약화율이 0.5% 미만이다.전자 빔에 의해 증발 된 필름의 밀도는 일반적으로 90%에서 95% 사이입니다., 그리고 그 후 굽는 치료는 성능을 향상시키기 위해 필요합니다. 그러나 이것은 필름의 스트레스에 변화를 초래할 수 있습니다.

프로세스 효율은 주로 퇴적 속도와 생산 용량에 반영됩니다. 전자 빔 증발의 퇴적 속도는 대상 재료의 종류에 따라 크게 다릅니다.금속 표적 (알루미늄과 은과 같은), 그것은 50nm/s에 도달 할 수 있습니다.₂그리고 TiO₂또한 한 번에 충전된 목표물의 양은 제한되어 있으며 목표물의 변경에 대한 빈번한 종료가 필요합니다.그것은 소량 및 고 정밀 생산에 적합합니다.마그네트론 스프터링의 퇴적 속도는 더 안정적입니다. 금속 타겟의 퇴적 속도는 20nm/s에 도달 할 수 있으며 반응 스프터링을 통한 산화물 타겟의 퇴적 속도는 3-8nm/s에 도달 할 수 있습니다.동시에 여러 표적을 스프러팅하는 것도 지원합니다., 다층 필름의 연속적 퇴적을 가능하게합니다. 단일 팩 생산 용량은 전자 빔 증발의 3-5 배입니다.

비용 측면에서, 전자 빔 증발 장비에 대한 초기 투자는 상대적으로 높습니다. 같은 사양의 마그네트론 스프터링 장비의 약 1.5 ~ 2 배입니다.그리고 전자총의 유지보수 비용은 높습니다., 필라멘트와 카토드가 1000시간마다 교체되어야 합니다. 마그네트론 스프터링 장비의 구조는 비교적 간단합니다.그리고 목표 재료 활용률은 70-80%에 도달 할 수 있습니다 (전자 빔 증발의 경우 50-60%)장기적인 운영 비용은 더 낮아서 대규모 산업 생산에 더 적합합니다.

위의 성능 차이에 따라 두 기술은 광학 코팅 분야에서 명확한 응용 분야를 형성했습니다.각각 다른 성능 요구 사항과 생산 규모에 대응합니다..

얇은 필름의 극도로 높은 순수성과 광학 정확성이 요구되는 분야에서는 전자 빔 증발이 대체할 수 없는 선택입니다. 예를 들어,레이저 핵융합 장치에 사용되는 고전력 레이저 렌즈, 반사 방지 필름을 매우 낮은 손실로 준비해야합니다.₂/ 타₂오₅전자 빔 증발으로 만들어진 다층 필름은 10보다 낮은 빛 흡수 계수를 가질 수 있습니다.^-6, 이것은 마그네트론 스프터링 제품보다 훨씬 우월합니다.전자 빔 증발에 의해 만들어진 Ge 기반 반사 필름은 적외선 송출성을 효과적으로 향상시키고 극한 온도 (-60°C ~ 120°C) 에서 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다..

또한 전자 빔 증발은 귀금속 필름의 제조에서 명백한 장점을 가지고 있습니다.고급 광학 기기에 사용되는 Au 반사 필름은 최대 99의 거울 반사성을 달성 할 수 있습니다.0.5%는 전자 빔 증발 과정으로, 필름 층의 좋은 균일성 및 핀홀 결함이 없습니다.마그네트론 스프터링으로 준비 된 Au 필름은 잔류 아르곤 이온으로 인해 표면 거부러움에 취약합니다..

광전기, 디스플레이 패널 및 자동차 유리와 같은 대규모 생산 분야에서 매그네트론 스프터링은 효율성과 비용의 장점으로 우위를 점합니다.태양 전지 전지 생산, 마그네트론 스프터링으로 만들어진 ITO 투명한 전도성 필름은 10Ω/sq 내의 블록 저항을 제어할 수 있으며, 90% 이상의 송출성을 가지고 있습니다.그리고 하나의 생산 라인의 일일 생산 용량은 100개에 달할 수 있습니다.자동차 앞창의 코팅에서, 마그네트론 스프터링으로 만들어진 열 절연 필름은 적외선 방사선의 90% 이상을 효과적으로 차단할 수 있습니다.그리고 필름 층은 강한 접착력을 가지고 있습니다.2,000번의 마찰 테스트를 거친 후도 껍질이 벗겨지지 않았습니다

디스플레이 분야에서, 마그네트론 스프터링은 OLED 장치의 전극 코팅의 핵심 기술입니다.그 에 의해 준비 된 Ag 합금 전도성 필름은 높은 전도성을 보장 할뿐만 아니라 좋은 유연성을 가지고 있습니다, 접이식 스크린의 구부러짐 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.마그네트론 스프터링의 반응 스프터링 기술은 후속 산화 처리 없이 산화 필름을 직접 준비 할 수 있습니다., 프로세스 흐름을 단순화하고 휴대 전화 카메라 렌즈와 같은 소비자 전자 광 부품의 대량 생산에 적합합니다.

광학 기술의 발전으로 인해 단일 코팅 기술이 복잡한 성능 요구 사항을 충족시키는 것이 어려워졌습니다.그리고 두 기술의 통합적 적용은 새로운 추세가 되었습니다.예를 들어, 고급 카메라 렌즈의 코팅에서는 "전자 빔 증발 + 마그네트론 스프터링"의 복합 프로세스가 채택됩니다.전자 빔 증발을 통해 고순도 광학 필름 층을 준비합니다., 마그네트론 스프터링은 표면 마모 저항 보호 층을 준비하는 데 사용됩니다. 이것은 광학적 성능을 보장 할뿐만 아니라 필름 층의 기계적 강도를 향상시킵니다.

또한, 이 두 기술 모두 지속적으로 업그레이드되고 있다. 전자 빔 증발은 펄스 전자 총을 도입함으로써 퇴적 속도의 정확한 통제를 달성한다.마그네트론 스프터링은 고전력 펄스 마그네트론 스프터링 (HiPIMS) 기술을 개발했습니다., 스프터 입자의 운동 에너지를 크게 향상시키고 전자 빔 증발의 순도와 밀도에 가까운 필름을 준비 할 수 있습니다.이러한 기술 혁신은 두 프로세스 사이의 성능 격차를 줄이고 광학 코팅에 대한 더 많은 옵션을 제공합니다..

전자 빔 증발과 마그네트론 스프터링은 경쟁 관계가 아니라 서로 다른 광학 코팅 요구 사항에 맞춘 보완 기술입니다.전자 빔 증발, 높은 순도와 높은 정밀도의 장점으로 고품질의 정밀 광학 부품 및 특수 기능 필름의 소량 생산에 적합합니다.특히 레이저와 항공우주 등 고급 분야에서 대체할 수 없습니다.마그네트론 스프터링은 높은 생산 용량과 저렴한 비용으로 태양광 및 소비자 전자제품과 같은 대규모 산업 분야에서 선호되는 선택이되었습니다.

실제 프로세스 선택에서 세 가지 핵심 요소 - 광학 성능 요구 사항, 생산 규모 및 비용 예산 - 은 포괄적으로 고려해야합니다.정밀성을 우선시하는 고급 애플리케이션, 전자 빔 증발이 우선되어야 합니다. 비용과 효율성이 우선시되는 대규모 생산에 대해, 마그네트론 스프터링은 더 적합합니다. 복잡한 성능 요구 사항에 대해,이 두 가지 기술의 결합 프로세스를 채택 할 수 있습니다.두 프로세스의 통합 적용은 광학 코팅의 성능 경계를 더욱 확장시키고 광학 산업의 발전에 더 강력한 동력을 제공 할 것입니다..