2025-12-17
Lớp phủ quang học, như một công nghệ cốt lõi để nâng cao hiệu suất của các thành phần quang học, được sử dụng rộng rãi trong thiết bị laser, hệ thống hình ảnh, thiết bị quang điện và các lĩnh vực khác.Chất lượng của nó trực tiếp xác định các chỉ số chính của hệ thống quang học như độ truyền, phản xạ và ổn định môi trường.Bốc hơi chùm điện tử (Bốc hơi chùm điện tử) và Magnetron Sputtering (Magnetron Sputtering) là hai công nghệ lắng đọng hơi vật lý (PVD) phổ biến hiện nay, và có những khác biệt đáng kể giữa chúng trong các nguyên tắc sơn, hiệu suất và kịch bản ứng dụng.hệ thống so sánh những lợi thế và hạn chế cốt lõi của hai công nghệ, và cung cấp một cơ sở khoa học cho quá trình lựa chọn lớp phủ quang học.
Cả hai kỹ thuật đều đạt được sự di cư và lắng đọng các nguyên tử/liều tử vật liệu mục tiêu trong môi trường chân không,nhưng sự khác biệt trong cơ chế kích thích năng lượng và chuyển giao đặt nền tảng cho sự khác biệt hiệu suất sau đó của họ.
Công nghệ bốc hơi chùm điện tử sử dụng chùm điện tử năng lượng cao làm chất mang năng lượng. 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 fieldNăng lượng động của các electron được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt, khiến vật liệu mục tiêu hình thành trạng thái nóng chảy hoặc bay hơi ở nhiệt độ cao.Sau khi các nguyên tử / phân tử vật liệu mục tiêu dạng khí được tách khỏi bề mặt vật liệu mục tiêu, chúng di chuyển ngẫu nhiên trong buồng chân không và cuối cùng lắng đọng trên bề mặt của nền quang học được xử lý trước, tạo thành một bộ phim đồng đều.Các thùng làm mát bằng nước có thể ngăn chặn hiệu quả các phản ứng hóa học giữa vật liệu mục tiêu và thùng, giảm ô nhiễm tạp chất. Tính năng này mang lại cho họ một lợi thế trong việc chuẩn bị các bộ phim tinh khiết cao.
Magnetron sputtering dựa trên nguyên tắc xả khí và ném bom ion.Khí trơ (thường là argon) được đưa vào một buồng chân không và được kích thích bởi tần số vô tuyến hoặc điện trường dòng điện để tạo thành plasmaDưới tác động của một trường điện, argon ion trong plasma tăng tốc và bom bề mặt của vật liệu mục tiêu,cho phép các nguyên tử của vật liệu mục tiêu có đủ năng lượng để thoát khỏi các hạn chế lưới (iĐể tăng hiệu quả phun, thiết bị thiết lập một trường từ phía sau vật liệu mục tiêu.,đường di chuyển của các electron trong plasma được kéo dài, làm tăng xác suất va chạm với các phân tử argon, do đó cải thiện mật độ plasma và tốc độ phun.Theo các loại vật liệu mục tiêu khác nhau, nó có thể được chia thành DC magnetron sputtering (thích hợp cho các mục tiêu dẫn) và RF magnetron sputtering (thích hợp cho các mục tiêu cách nhiệt).
Lớp phủ quang có các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết, đồng nhất, mật độ và trạng thái căng của phim.Sự khác biệt về hiệu suất của hai công nghệ trong các chỉ số cốt lõi này trực tiếp quyết định phạm vi ứng dụng của chúng.
Độ tinh khiết của phim là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất quang học.Sự bốc hơi chùm electron đảm bảo độ tinh khiết cao thông qua ba điểm: Đầu tiên, năng lượng của chùm electron tập trung trên bề mặt của vật liệu mục tiêu, và thạch chỉ nhận được một lượng nhỏ nhiệt thông qua bức xạ,tránh sự tan chảy và dính của vật liệu mục tiêu vào thùng nấuThứ hai, nó có độ chân không cao hơn (thường đạt mức 10 °C).-6Ba, nó có thể đạt được sự bốc hơi chính xác của một vật liệu mục tiêu duy nhất,tránh nhiễm trùng chéo của nhiều vật liệu mục tiêuDữ liệu thí nghiệm cho thấy hàm lượng tạp chất của SiO2phim chống phản xạ được chuẩn bị bằng cách bay hơi chùm electron dưới 50ppm,trong khi hàm lượng tạp chất của quá trình phun magnetron thường là 100-200 PPM do các ion khí còn lại trong plasma.
Thiếu độ tinh khiết của magnetron sputtering chủ yếu xuất phát từ môi trường plasma.và lớp oxit trên bề mặt mục tiêu sẽ được trộn vào phim trong quá trình phunMặc dù nó có thể được cải thiện bằng cách tăng mức độ chân không và sử dụng tiền phun vật liệu mục tiêu,cho các phim quang với các yêu cầu độ tinh khiết cực cao (chẳng hạn như lớp phủ ống kính lỗ cộng hưởng laser), nó vẫn còn khó để phù hợp với bay hơi chùm electron.
Sự đồng nhất của phim trực tiếp ảnh hưởng đến độ chính xác hình dạng bề mặt của các thành phần quang học, đặc biệt là khi phủ nền cỡ lớn, nó thậm chí còn quan trọng hơn.Bốc hơi chùm electron có thể đạt được độ lệch độ dày phim dưới ± 1% trên chất nền đường kính 300mm bằng cách xoay giai đoạn chất nền và tối ưu hóa đường dẫn quét chùm electronTuy nhiên, do các đặc điểm "nguồn điểm" của nguồn bay hơi, sự suy giảm độ dày có xu hướng xảy ra ở cạnh của nền.Magnetron sputtering hoạt động tốt hơn trên các chất nền có kích thước lớn (như kính quang điện 600mm * 600mm) do các đặc điểm phun "nguồn bề mặt" của vật liệu mục tiêuĐộ dày đồng nhất có thể được kiểm soát trong ± 2%, và sự phân bố độ dày của lớp phim gần như hình chữ nhật, với hiệu ứng cạnh yếu hơn.
Về mật độ, magnetron sputtering có một lợi thế. Các hạt bị phun có năng lượng động cao hơn (thường là 10 đến 100 lần so với các hạt bay hơi bằng chùm electron),và khi lắng đọng trên bề mặt chất nền, chúng có thể tạo ra hiệu ứng hấp thụ và khuếch tán mạnh hơn, tạo thành một mạng lưới phim sắp xếp chặt chẽ hơn với mật độ hơn 98%.Tính nhỏ gọn này làm tăng khả năng chống mòn và chống ẩm và nhiệt của phimVí dụ, TiO2phim phản xạ cao được chuẩn bị bằng cách phun magnetron có độ suy giảm phản xạ dưới 0,5% sau khi được đặt ở 85 °C /85% RH trong 1000 giờ.Mật độ của phim bốc hơi bởi chùm electron thường là từ 90% đến 95%, và điều trị sưởi sau đó là cần thiết để cải thiện hiệu suất của nó, nhưng điều này có thể dẫn đến những thay đổi trong căng thẳng của bộ phim.
Hiệu quả của quá trình chủ yếu được phản ánh trong tốc độ lắng đọng và khả năng sản xuất.Đối với các mục tiêu kim loại (như nhôm và bạc), nó có thể đạt đến 50nm/s, trong khi đối với các mục tiêu oxit (như SiO2và TiO2Hơn nữa, số lượng mục tiêu được nạp vào một thời điểm là hạn chế, và việc tắt thường xuyên cho các thay đổi mục tiêu là cần thiết.Nó phù hợp với sản xuất hàng loạt nhỏ và chính xác cao. Tốc độ lắng đọng của magnetron phun ổn định hơn. Tốc độ lắng đọng của các mục tiêu kim loại có thể đạt 20nm / s, và của các mục tiêu oxit thông qua phun phản ứng có thể đạt 3-8nm / s.Nó cũng hỗ trợ đồng thời phun nhiều mục tiêu, cho phép lắng đọng liên tục của các bộ phim đa lớp.
Về chi phí, đầu tư ban đầu vào thiết bị bốc hơi chùm electron tương đối cao (khoảng 1,5 đến 2 lần so với thiết bị phun magnetron của cùng một thông số kỹ thuật),và chi phí bảo trì của súng điện tử là caoCấu trúc của thiết bị phun magnetron tương đối đơn giản,và tỷ lệ sử dụng vật liệu mục tiêu có thể đạt đến 70-80% (trong khi đó của bay electron bay bay hơi chỉ là 50-60%)Chi phí vận hành dài hạn thấp hơn, làm cho nó thích hợp hơn cho sản xuất công nghiệp quy mô lớn.
Dựa trên sự khác biệt về hiệu suất trên, hai công nghệ đã tạo ra các phân chia ứng dụng rõ ràng trong lĩnh vực sơn quang,tương ứng với các yêu cầu hiệu suất và quy mô sản xuất khác nhau.
Trong các lĩnh vực đòi hỏi độ tinh khiết cực kỳ cao và độ chính xác quang học của các tấm mỏng, sự bốc hơi chùm electron là một lựa chọn không thể thay thế.trong các ống kính laser công suất cao được sử dụng trong các thiết bị tổng hợp hạt nhân laser, cần phải chuẩn bị các tấm chống phản xạ với mức mất mát cực kỳ thấp.2/Ta2O5Phim đa lớp được chuẩn bị bằng cách bay hơi chùm electron có thể có hệ số hấp thụ ánh sáng thấp hơn 10-6Trong các hệ thống phát hiện hồng ngoại của lĩnh vực hàng không vũ trụ,Các bộ phim chống phản xạ dựa trên Ge được chuẩn bị bằng cách bay hơi chùm electron có thể tăng hiệu quả khả năng truyền hồng ngoại và duy trì hiệu suất ổn định ở nhiệt độ cực đoan (-60 °C đến 120 °C).
Ngoài ra, sự bốc hơi chùm electron có những lợi thế rõ ràng trong việc chuẩn bị các tấm kim loại quý.Bộ phim phản xạ Au được sử dụng trong các thiết bị quang học cao cấp có thể đạt được độ phản xạ gương lên đến 990,5% bằng quá trình bốc hơi chùm electron, với sự đồng nhất tốt của lớp phim và không có khiếm khuyết lỗ chân.Các bộ phim Au được chuẩn bị bằng cách phun magnetron có xu hướng thô bề mặt do các ion argon còn lại.
Trong các lĩnh vực sản xuất quy mô lớn như quang điện, bảng hiển thị và kính ô tô, magnetron sputtering chiếm ưu thế với lợi thế về hiệu quả và chi phí.Trong sản xuất pin mặt trời quang điện, phim dẫn điện trong suốt ITO được chuẩn bị bằng phun magnetron có thể kiểm soát điện trở khối trong phạm vi 10Ω/sq với độ truyền hơn 90%,và công suất sản xuất hàng ngày của một dây chuyền sản xuất duy nhất có thể đạt 100Trong lớp phủ của kính chắn gió ô tô, phim cách nhiệt được chuẩn bị bằng magnetron sputtering có thể ngăn chặn hiệu quả hơn 90% bức xạ hồng ngoại,và lớp phim có độ dính mạnhNó vẫn không trượt sau 2000 lần thử.
Trong lĩnh vực hiển thị, magnetron sputtering là công nghệ cốt lõi cho lớp phủ điện cực của các thiết bị OLED.Bộ phim dẫn điện hợp kim Ag được sản xuất bởi nó không chỉ đảm bảo dẫn điện cao mà còn có độ linh hoạt tốt, có thể đáp ứng các yêu cầu uốn cong của màn hình gấp.công nghệ phun xạ phản ứng của phun xạ magnetron có thể trực tiếp chuẩn bị các bộ phim oxit mà không cần xử lý oxy hóa sau đó, đơn giản hóa quy trình và phù hợp với sản xuất hàng loạt các thành phần quang điện tử tiêu dùng như ống kính máy ảnh điện thoại di động.
Với sự phát triển của công nghệ quang học, một công nghệ lớp phủ duy nhất đã trở nên khó khăn để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất phức tạp,và ứng dụng tích hợp của hai công nghệ đã trở thành một xu hướng mớiVí dụ, trong lớp phủ của ống kính máy ảnh cao cấp, một quy trình tổng hợp của "bốc hơi chùm electron + phun magnetron" được áp dụng:bốc hơi chùm electron được sử dụng để chuẩn bị lớp phim quang tinh khiết cao lõi, và phun magnetron được sử dụng để chuẩn bị lớp bảo vệ chống mòn bề mặt. Điều này không chỉ đảm bảo hiệu suất quang học mà còn tăng cường độ bền cơ học của lớp phim.
Ngoài ra, cả hai công nghệ đều được nâng cấp liên tục.Magnetron sputtering đã phát triển công nghệ sputtering magnetron xung mạnh (HiPIMS), có thể tăng đáng kể năng lượng động của các hạt phun và chuẩn bị các tấm phim với độ tinh khiết và mật độ gần như của sự bốc hơi chùm electron.Những đổi mới công nghệ này đang thu hẹp khoảng cách hiệu suất giữa hai quy trình và cung cấp nhiều lựa chọn cho lớp phủ quang học.
Bốc hơi chùm electron và phun magnetron không có mối quan hệ cạnh tranh mà là các công nghệ bổ sung phù hợp với các yêu cầu sơn quang khác nhau.Bốc hơi chùm electron, với những lợi thế về độ tinh khiết cao và độ chính xác cao, phù hợp với sản xuất hàng loạt nhỏ các thành phần quang học chính xác cao cấp và phim chức năng đặc biệt,và đặc biệt không thể thay thế trong các lĩnh vực cao cấp như laser và hàng không vũ trụMagnetron sputtering, với khả năng sản xuất cao và chi phí thấp, đã trở thành sự lựa chọn ưa thích trong các lĩnh vực công nghiệp quy mô lớn như quang điện và điện tử tiêu dùng.
Trong việc lựa chọn quy trình thực tế, ba yếu tố cốt lõi - yêu cầu hiệu suất quang học, quy mô sản xuất và ngân sách chi phí - cần phải được xem xét toàn diện.Đối với các ứng dụng cao cấp ưu tiên độ chính xácĐối với sản xuất quy mô lớn, nơi chi phí và hiệu quả được ưu tiên, magnetron sputtering phù hợp hơn.,trong tương lai, với sự đổi mới liên tục của công nghệ sơn,Việc áp dụng tích hợp hai quy trình sẽ tiếp tục mở rộng ranh giới hiệu suất của lớp phủ quang học và cung cấp động lực mạnh mẽ hơn cho sự phát triển của ngành công nghiệp quang học.
Liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào
