El recubrimiento óptico, como tecnología central para mejorar el rendimiento de los componentes ópticos, se utiliza ampliamente en equipos láser, sistemas de imágenes, dispositivos fotovoltaicos y otros campos.Su calidad determina directamente los indicadores clave de los sistemas ópticos como la transmitancia, reflectividad y estabilidad ambiental.La evaporación por haz de electrones (evaporación por haz de electrones) y el pulverización por magnetrón (pulverización por magnetrón) son dos tecnologías principales de deposición de vapor físico (PVD) actualmente., y existen diferencias significativas entre ellos en los principios de recubrimiento, el rendimiento y los escenarios de aplicación.comparar sistemáticamente las ventajas y limitaciones fundamentales de las dos tecnologías, y proporcionan una base científica para la selección del proceso de recubrimiento óptico.
I. Principio técnico: La forma en que se transfiere la energía determina la diferencia esencial
Ambas técnicas logran la migración y deposición de átomos/moléculas del material objetivo en un ambiente de vacío,Pero las diferencias en los mecanismos de excitación y transferencia de energía sientan las bases de sus diferencias de rendimiento posteriores.
1.1 Evaporación del haz de electrones: el enfoque de alta energía permite una fusión precisa
La tecnología de evaporación de haz de electrones utiliza haces de electrones de alta energía como portadores de energía. 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 fieldLa energía cinética de los electrones se convierte en energía térmica, haciendo que el material objetivo forme un estado fundido o evaporado a alta temperatura localmente.Después de que los átomos/moléculas del material objetivo gaseoso se desprenden de la superficie del material objetivo, se mueven al azar en la cámara de vacío y finalmente se depositan en la superficie del sustrato óptico pre-tratado, formando una película uniforme.los crisol refrigerados con agua pueden prevenir eficazmente las reacciones químicas entre el material objetivo y el crisolEsta característica les da una ventaja en la preparación de películas de alta pureza.
1.2 Pulverización por magnetrón: se logra una pulverización eficiente mediante el confinamiento del campo magnético.
La pulverización magnética se basa en los principios de descarga de gas y bombardeo iónico.El gas inerte (generalmente el argón) se introduce en una cámara de vacío y se excita por una frecuencia de radio o un campo eléctrico de corriente continua para formar plasmaBajo la acción de un campo eléctrico, los iones de argón en el plasma aceleran y bombardean la superficie del material objetivo.El objetivo de este ensayo consiste en determinar si los átomos del material objetivo obtienen suficiente energía para liberarse de las restricciones de la red (iPara mejorar la eficiencia de pulverización, el dispositivo establece un campo magnético detrás del material objetivo a través del efecto de confinamiento del campo magnético en los electrones.,la trayectoria de movimiento de los electrones en el plasma se prolonga, aumentando la probabilidad de colisión con las moléculas de argón, mejorando así la densidad del plasma y la velocidad de pulverización.De acuerdo con los diferentes tipos de materiales objetivo, puede dividirse en pulverización de magnetrones de CC (adecuado para objetivos de conductores) y pulverización de magnetrones de RF (adecuado para objetivos de aislamiento).
II. Comparación del rendimiento básico: desde la calidad de la película hasta la eficiencia del proceso
El recubrimiento óptico tiene requisitos estrictos para la pureza, uniformidad, densidad y estado de tensión de la película.Las diferencias de rendimiento de las dos tecnologías en estos indicadores centrales determinan directamente su ámbito de aplicación.
2.1 Pureza de la película: la evaporación del haz de electrones es superior
La pureza de la película es un factor clave que afecta el rendimiento óptico.La evaporación del haz de electrones asegura una alta pureza a través de tres puntosEn primer lugar, la energía del haz de electrones se concentra en la superficie del material objetivo, y el crisol sólo recibe una pequeña cantidad de calor a través de la radiación,evitar la fusión y la adhesión del material objetivo al crisolEn segundo lugar, tiene un grado de vacío más alto (generalmente alcanzando el nivel de 10 °C).-6 añosEn tercer lugar, puede lograr una evaporación precisa de un solo material objetivo,evitar la contaminación cruzada de varios materiales dianaLos datos experimentales muestran que el contenido de impurezas del SiO2la película antirreflexión preparada por evaporación del haz de electrones sea inferior a 50 ppm,mientras que el contenido de impurezas del proceso de pulverización por magnetrones es generalmente de 100-200 ppm debido a los iones gaseosos residuales en el plasma.
La deficiencia de pureza del pulverizador de magnetrones se debe principalmente al entorno del plasma.y la capa de óxido en la superficie objetivo se mezclará en la película durante el proceso de pulverizaciónAunque puede mejorarse aumentando el grado de vacío y utilizando el pre-esputado de los materiales objetivo,para películas ópticas con requisitos de pureza muy elevados (como el recubrimiento de lentes de cavidad de resonancia láser), todavía es difícil igualar la evaporación del haz de electrones.
2.2 Uniformidad y densidad de la película: un rendimiento equilibrado, cada uno con sus propias ventajas.
La uniformidad de la película afecta directamente la precisión de la forma de la superficie de los componentes ópticos, especialmente cuando se recubren sustratos de gran tamaño, es aún más crucial.La evaporación del haz de electrones puede lograr una desviación del grosor de la película de menos de ± 1% en un sustrato de 300 mm de diámetro girando la etapa del sustrato y optimizando la trayectoria de escaneo del haz de electronesSin embargo, debido a las características de "fuente puntual" de la fuente de evaporación, la atenuación del espesor es propensa a ocurrir en el borde del sustrato.La pulverización por magnetrón tiene un mejor rendimiento en sustratos de gran tamaño (como el vidrio fotovoltaico de 600 mm * 600 mm) debido a las características de pulverización de la "fuente de superficie" del material objetivoLa uniformidad del grosor puede controlarse dentro de ± 2%, y la distribución del grosor de la capa de película es más cercana a un rectángulo, con un efecto de borde más débil.
En términos de densidad, el pulverización de magnetrones tiene una ventaja: las partículas pulverizadas tienen una energía cinética más alta (generalmente de 10 a 100 veces la de las partículas evaporadas por el haz de electrones),y cuando se depositan en la superficie del sustrato, pueden producir efectos de adsorción y difusión más fuertes, formando una rejilla de película más estrechamente dispuesta con una densidad superior al 98%.Esta compacidad mejora la resistencia al desgaste y a la humedad y al calor de la películaPor ejemplo, el TiO2una película de alta reflexión preparada por pulverización por magnetrones tiene una atenuación de reflexión inferior al 0,5% después de haber sido colocada a 85 °C /85% RH durante 1000 horas.La densidad de la película evaporada por el haz de electrones suele estar entre el 90% y el 95%, y un tratamiento de recocido posterior es necesario para mejorar su rendimiento, pero esto puede conducir a cambios en la tensión de la película.
2.3 Eficiencia y coste del proceso: la pulverización por magnetrón es más adecuada para la producción a gran escala.
La eficiencia del proceso se refleja principalmente en la velocidad de deposición y la capacidad de producción.Para objetivos metálicos (como el aluminio y la plata), puede alcanzar los 50nm/s, mientras que para objetivos de óxido (como SiO2y TiO2Además, la cantidad de objetivo cargado a la vez es limitada y se requieren apagones frecuentes para los cambios de objetivo.Es adecuado para la producción de pequeños lotes y de alta precisiónLa velocidad de deposición del pulverización de magnetrones es más estable. La velocidad de deposición de los objetivos metálicos puede alcanzar los 20nm/s, y la de los objetivos de óxido mediante pulverización reactiva puede alcanzar los 3-8nm/s.También es compatible con la pulverización simultánea de múltiples objetivosLa capacidad de producción de un solo lote es de 3 a 5 veces mayor que la de la evaporación por haz de electrones.
En términos de coste, la inversión inicial en equipos de evaporación de haz de electrones es relativamente alta (aproximadamente 1,5 a 2 veces la de los equipos de pulverización de magnetrones de la misma especificación),y el costo de mantenimiento de la pistola de electrones es altoLa estructura de los equipos de pulverización de magnetrones es relativamente simple.y la tasa de utilización del material objetivo puede alcanzar el 70-80% (mientras que la de la evaporación del haz de electrones es sólo el 50-60%)El coste de explotación a largo plazo es menor, lo que lo hace más adecuado para la producción industrial a gran escala.
Iii. Diferenciación de escenarios de aplicación: coincidencia precisa de los requisitos de recubrimiento óptico
Basándose en las diferencias de rendimiento anteriores, las dos tecnologías han formado claras divisiones de aplicación en el campo del recubrimiento óptico,respectivamente correspondientes a diferentes requisitos de rendimiento y escalas de producción.
3.1 Evaporación del haz de electrones: opción preferida para componentes ópticos de alta precisión.
En los campos donde se requiere una pureza y precisión ópticas extremadamente altas de las películas finas, la evaporación del haz de electrones es una opción irremplazable.con un contenido de nitrógeno de 99,99% o más, pero no más de 99,99%En el caso de los filtros antireflectores, es necesario preparar películas antireflectores con pérdidas extremadamente bajas.2- ¿Qué quieres decir?2¿ Qué?5Las películas multicapa preparadas por evaporación del haz de electrones pueden tener un coeficiente de absorción de luz inferior a 10-6 añosEn los sistemas de detección infrarrojos del campo aeroespacial, la luz infrarroja es una de las señales de detección más potentes de la atmósfera, que es muy superior a la de los productos de pulverización por magnetrones.las películas antirreflexión basadas en Ge preparadas por evaporación del haz de electrones pueden mejorar eficazmente la transmitancia infrarroja y mantener un rendimiento estable a temperaturas extremas (-60°C a 120°C).
Además, la evaporación del haz de electrones tiene ventajas obvias en la preparación de películas de metales preciosos.Las películas reflejantes Au utilizadas en instrumentos ópticos de gama alta pueden alcanzar una reflectividad de espejo de hasta 99En el caso de los productos de la industria de la fabricación, el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero se calcula en función de la cantidad de gases de efecto invernadero que se producen.Las películas Au preparadas por pulverización por magnetrones son propensas a la rugosidad de la superficie debido a los iones de argón residuales.
3.2 Pulverización por magnetrón: La fuerza principal para los productos ópticos industriales a gran escala
En los campos de producción a gran escala como la fotovoltaica, los paneles de visualización y el vidrio automotriz, el pulverización por magnetrón domina con sus ventajas en eficiencia y costo.En la producción de células solares fotovoltaicas, la película conductora transparente ITO preparada por pulverización por magnetrones puede controlar la resistencia de bloque dentro de 10Ω/m2 con una transmitancia superior al 90%,y la capacidad de producción diaria de una sola línea de producción puede alcanzar 100En el revestimiento de los parabrisas de los automóviles, la película de aislamiento térmico preparada por pulverización de magnetrones puede bloquear eficazmente más del 90% de la radiación infrarroja,y la capa de película tiene una fuerte adhesiónNo se ha despegado después de 2.000 pruebas de fricción.
En el campo de la visualización, el pulverización de magnetrones es la tecnología central para el recubrimiento de electrodos de dispositivos OLED.La película conductora de aleación de Ag preparada por él no sólo asegura una alta conductividad, sino que también tiene una buena flexibilidad, que puede satisfacer los requisitos de flexión de las pantallas plegables.La tecnología de pulverización reactiva del pulverización por magnetrones puede preparar directamente películas de óxido sin tratamiento de oxidación posterior., simplificando el flujo del proceso y siendo adecuado para la producción en serie de componentes ópticos electrónicos de consumo como las lentes de las cámaras de los teléfonos móviles.
IV. Integración tecnológica: la dirección de desarrollo futuro del revestimiento óptico
Con el desarrollo de la tecnología óptica, una sola tecnología de recubrimiento se ha vuelto difícil de satisfacer los complejos requisitos de rendimiento,y la aplicación integrada de las dos tecnologías se ha convertido en una nueva tendenciaPor ejemplo, en el recubrimiento de lentes de cámara de gama alta, se adopta un proceso compuesto de "evaporación de haz de electrones + pulverización de magnetrones":La evaporación del haz de electrones se utiliza para preparar la capa de película óptica de alta pureza del núcleoLa capa de protección resistente al desgaste de la superficie se prepara mediante pulverización de magnetrones, lo que no solo garantiza el rendimiento óptico, sino que también mejora la resistencia mecánica de la capa de película.
Además, ambas tecnologías se están actualizando constantemente. La evaporación del haz de electrones logra un control preciso de la velocidad de deposición mediante la introducción de una pistola de electrones pulsada.El pulverización por magnetrón ha desarrollado la tecnología de pulverización por magnetrón pulsado de alta potencia (HiPIMS), que puede aumentar significativamente la energía cinética de las partículas pulverizadas y preparar películas con una pureza y densidad cercanas a las de la evaporación del haz de electrones.Estas innovaciones tecnológicas reducen la diferencia de rendimiento entre los dos procesos y ofrecen más opciones para el recubrimiento óptico.
V. Conclusión: Selección científica basada en la demanda
La evaporación del haz de electrones y el pulverización de magnetrones no están en una relación competitiva, sino que son tecnologías complementarias adaptadas a diferentes requisitos de recubrimiento óptico.Evaporación del haz de electrones, con sus ventajas de alta pureza y alta precisión, es adecuado para la producción en pequeños lotes de componentes ópticos de alta precisión y películas funcionales especiales,y es especialmente irremplazable en campos de gama alta como los láseres y la aeroespacialEl pulverizador magnético, con su alta capacidad de producción y su bajo coste, se ha convertido en la opción preferida en campos industriales a gran escala como la energía fotovoltaica y la electrónica de consumo.
En la selección del proceso real, tres factores fundamentales - los requisitos de rendimiento óptico, la escala de producción y el presupuesto de costos - deben considerarse de manera integral.Para aplicaciones de gama alta que priorizan la precisiónPara la producción a gran escala, donde el coste y la eficiencia son prioritarios, la pulverización por magnetrones es más adecuada.,En el futuro, con la continua innovación de la tecnología de recubrimiento, la tecnología de recubrimiento de materiales de alta calidad y la tecnología de recubrimiento de materiales de alta calidad se han convertido en una herramienta muy útil.La aplicación integrada de los dos procesos ampliará aún más los límites de rendimiento del recubrimiento óptico y proporcionará un mayor impulso para el desarrollo de la industria óptica..
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