Испарение электрического луча против магниторонного распыливания для оптических покрытий

Оптическое покрытие, как основная технология для повышения производительности оптических компонентов, широко используется в лазерном оборудовании, системах визуализации, фотоэлектрических устройствах и других областях.Его качество напрямую определяет ключевые показатели оптических систем, такие как проницаемость, отражательность и экологическая стабильность.Выпаривание электронных лучей (E-Beam Evaporation) и магнитное распыление (Magnetron Sputtering) являются двумя основными технологиями физического отложения пара (PVD) в настоящее время, и существуют значительные различия между ними в принципах покрытия, производительности и сценариях применения.систематически сравнивать основные преимущества и ограничения двух технологий, и обеспечивают научную основу для выбора процесса оптического покрытия.

Оба метода обеспечивают миграцию и осаждение атомов/молекул целевого материала в вакуумной среде.но различия в механизмах возбуждения и передачи энергии закладывают основу для их последующих различий в производительности.

Технология испарения электронных лучей использует высокоэнергетические электронные лучи в качестве носителей энергии. 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 fieldКинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую энергию, в результате чего целевой материал образует высокотемпературное расплавленное или испаренное состояние локально.После того, как атомы/молекулы газообразного целевого материала отделились от поверхности целевого материала, они случайно перемещаются в вакуумной камере и в конечном итоге оседают на поверхности предварительно обработанной оптической подложки, образуя равномерную пленку.водоохлаждаемые тигли могут эффективно предотвратить химические реакции между целевым материалом и тигиломЭта особенность дает им преимущество при подготовке пленок высокой чистоты.

Магнитное распыливание основано на принципах газового разряда и ионной бомбардировки.Инертный газ (обычно аргон) вводится в вакуумную камеру и возбуждается радиочастотой или электрическим полем постоянного тока для образования плазмыПод действием электрического поля, аргоновые ионы в плазме ускоряют и взрывают поверхность объекта.что позволяет атомам целевого материала получить достаточно энергии для освобождения от ограничений решетки (iЧтобы повысить эффективность распыливания, устройство устанавливает магнитное поле за целевым материалом.,путь движения электронов в плазме увеличивается, увеличивая вероятность столкновения с молекулами аргона, тем самым улучшая плотность плазмы и скорость распыления.В зависимости от различных типов целевых материалов, его можно разделить на магнетроновое распыление постоянного тока (подходит для целей проводника) и радиочастотное магнетроновое распыление (подходит для изоляции целей).

Оптическое покрытие имеет строгие требования к чистоте, однородности, плотности и состоянию напряжения пленки.Различия в производительности двух технологий в этих ключевых показателях напрямую определяют сферу их применения.

Чистота пленки является ключевым фактором, влияющим на оптическую производительность.Испарение электронного луча обеспечивает высокую чистоту через три точкиВо-первых, энергия электронного пучка сосредоточена на поверхности материала-мишени, и тигрень получает только небольшое количество тепла через излучение,предотвращение плавления и сцепления целевого материала с тигломВо-вторых, он имеет более высокую степень вакуума (обычно достигает уровня 10 °C).^-6В-третьих, он может достичь точного испарения одного целевого материала.избежание перекрестного загрязнения нескольких целевых материаловЭкспериментальные данные показывают, что содержание примесей в SiO₂антиотражательная пленка, полученная путем испарения электронного луча, составляет менее 50 ppm,в то время как содержание примесей в процессе магниторонного распыливания обычно составляет 100-200 PPM из-за остаточных газовых ионов в плазме.

Недостаток чистоты магниторонного распыливания в основном происходит из плазменной среды.и слой оксида на целевой поверхности будет смешан с пленкой во время процесса распыливания.Хотя это может быть улучшено путем увеличения степени вакуума и использования предварительного распыливания целевых материалов,для оптических пленок с требованиями к сверхвысокой чистоте (например, покрытие лазерно-резонансными полостными линзами), все еще трудно сравнить испарение электронного луча.

Однородность пленки напрямую влияет на точность формы поверхности оптических компонентов, особенно при покрытии крупногабаритных подложки, это еще более важно.Испарение электронного луча может достичь отклонения толщины пленки менее ± 1% на субстрате диаметром 300 мм путем вращения ступени субстрата и оптимизации траектории сканирования электронного лучаОднако из-за характеристик "точечного источника" источника испарения уменьшение толщины может происходить на краю подложки.Магнитное распыление лучше работает на крупных подложках (таких как 600 мм * 600 мм фотоэлектрическое стекло) из-за характеристик распыления "поверхностного источника" целевого материалаОднородность толщины может контролироваться в пределах ± 2%, а распределение толщины слоя пленки ближе к прямоугольнику, с более слабым эффектом края.

С точки зрения плотности, магниторонный распылитель имеет преимущество. распыляемые частицы имеют более высокую кинетическую энергию (обычно в 10-100 раз больше, чем частицы, испарившиеся электронным пучком),и когда они оседают на поверхности субстрата, они могут производить более сильные адсорбционные и диффузионные эффекты, образуя более плотно расположенную пленочную решетку с плотностью более 98%.Эта компактность повышает износостойкость пленки, а также устойчивость к влаге и теплуНапример, TiO₂высокоотражающая пленка, полученная путем магниторонного распыливания, имеет ослабление отражания менее 0,5% после размещения при температуре 85 °C /85% RH в течение 1000 часов.Плотность пленки, испаряемой электронным пучком, обычно составляет от 90% до 95%, и последующая обработка отжигом необходима для улучшения его производительности, но это может привести к изменениям напряжения пленки.

Эффективность процесса отражается в основном в скорости осаждения и производственной мощности.Для металлических целей (таких как алюминий и серебро), он может достигать 50 нм/с, в то время как для оксидов (таких как SiO₂и TiO₂Кроме того, количество заряженной цели одновременно ограничено, и для изменений цели требуются частые отключения.Он подходит для производства малых партий и высокой точности.Скорость осаждения магниторонного распыливания более стабильна. Скорость осаждения металлических целей может достигать 20 нм/с, а скорость осаждения оксидных целей посредством реактивного распыливания может достигать 3-8 нм/с.Он также поддерживает одновременное распыление нескольких целейПроизводительность одной партии в 3-5 раз превышает производительность испарения электронного луча.

С точки зрения стоимости, первоначальные инвестиции в оборудование для испарения электронного луча относительно высоки (примерно в 1,5-2 раза больше, чем в оборудовании для распыливания магниторона той же спецификации),и стоимость технического обслуживания электронной пушки высокаСтруктура магниторонного распылителя относительно проста.и уровень использования целевого материала может достигать 70-80% (в то время как у испарения электронного луча только 50-60%)Долгосрочные эксплуатационные затраты ниже, что делает его более подходящим для крупномасштабного промышленного производства.

Исходя из вышеперечисленных различий в производительности, две технологии сформировали четкое разделение применения в области оптического покрытия,соответственно соответствующие различным требованиям к производительности и производственным масштабам.

В областях, где требуется чрезвычайно высокая чистота и оптическая точность тонких пленок, испарение электронного луча является незаменимым выбором.в высокомощных лазерных линзах, используемых в лазерных устройствах ядерного синтеза, необходимо изготовить антиотражательные пленки с чрезвычайно низкими потерями.₂/Тай₂О₅многослойные пленки, полученные путем испарения электронного луча, могут иметь коэффициент поглощения света менее 10^-6В инфракрасных системах обнаружения в аэрокосмической областиантиотражательные пленки на основе Ge, полученные путем испарения электронного луча, могут эффективно повышать инфракрасную проницаемость и поддерживать стабильную производительность при экстремальных температурах (-60°C-120°C).

Кроме того, испарение электронного луча имеет очевидные преимущества при изготовлении пленок из драгоценных металлов.Отражающие пленки Au, используемые в высококачественных оптических приборах, могут достигать зеркальной отражательности до 990,5% путем испарения электронного луча, при хорошей однородности слоя пленки и отсутствии дефектов штифтовых отверстий.Au пленки, полученные путем магниторонного распыливания, склонны к поверхностной шероховатости из-за остаточных ионов аргона.

В крупномасштабных производственных областях, таких как фотоэлектрическая энергия, панели отображения и автомобильное стекло, магниторонное распыление доминирует с его преимуществами в эффективности и стоимости.В производстве фотоэлектрических солнечных элементов, прозрачная проводящая пленка ITO, полученная методом магниторонного распыливания, может контролировать сопротивление блока в пределах 10Ω/кв., с проницаемостью более 90%,и суточная производственная мощность одной производственной линии может достигать 100В покрытии автомобильных лобовых стекол теплоизоляционная пленка, изготовленная путем магниторонного распыления, может эффективно блокировать более 90% инфракрасного излучения,и слой пленки имеет сильное сцеплениеПосле 2000 тестов на трение она не отделилась.

В области отображения магниторонное распыливание является основной технологией покрытия электродов OLED-устройств.Проводящая пленка из сплава Ag, полученная им, не только обеспечивает высокую проводимость, но и имеет хорошую гибкость, которые могут удовлетворять требованиям к изгибу складываемых экранов.Технология реактивного распыливания магниторонного распыливания позволяет непосредственно готовить оксидные пленки без последующей окисления., упрощая процесс и подходящий для массового производства потребительских электронных оптических компонентов, таких как объективы камер мобильных телефонов.

С развитием оптических технологий, одна технология покрытия становится трудной для удовлетворения сложных требований к производительности,и интегрированное применение двух технологий стало новой тенденциейНапример, при покрытии высококачественных объективов камер используется комбинированный процесс "ипарения электронного луча + магниторонного распыливания":для подготовки ядра высокочистого оптического пленочного слоя используется испарение электронного лучаДля подготовки поверхностного износоустойчивого защитного слоя используется магниторонное распыливание. Это не только обеспечивает оптические характеристики, но и повышает механическую прочность пленочного слоя.

Кроме того, обе технологии постоянно совершенствуются. испарение электронного луча достигает точного контроля скорости осаждения путем внедрения импульсирующего электронного пистолета.Магнитронное распыливание разработало технологию высокомощного импульсного магнитронного распыливания (HiPIMS), который может значительно повысить кинетическую энергию распыляемых частиц и подготовить пленки с чистотой и плотностью, близкими к тем, которые испаряются электронным пучком.Эти технологические инновации сокращают разрыв в производительности между двумя процессами и предоставляют больше возможностей для оптического покрытия.

Испарение электронного луча и магниторонное распыливание не находятся в конкурентных отношениях, а скорее являются дополняющими технологиями, адаптированными к различным требованиям оптического покрытия.Испарение электронного луча, с его преимуществами высокой чистоты и высокой точности, подходит для производства небольших партий высокоточных оптических компонентов и специальных функциональных пленок,и особенно незаменим в таких высокотехнологичных областях, как лазеры и аэрокосмическая промышленность.Магнитное распыливание, с его высокой производственной мощностью и низкой стоимостью, стало предпочтительным выбором в крупномасштабных промышленных областях, таких как фотоэлектроника и потребительская электроника.

При выборе процесса необходимо всесторонне учитывать три основных фактора - требования к оптическим характеристикам, масштаб производства и бюджет затрат.Для высококачественных приложений, которые отдают приоритет точностиДля крупномасштабного производства, где стоимость и эффективность являются приоритетными, магниторонная распылка более подходит.,В будущем, с постоянными инновациями в технологии покрытия,Интегрированное применение двух процессов позволит еще больше расширить границы производительности оптического покрытия и обеспечит более сильный импульс для развития оптической промышленности..