Die Herstellung optischer Dünnschichtbauelemente erfolgt in einer Vakuumkammer, wobei das Wachstum der Schicht ein mikroskopischer Prozess ist. Derzeit lassen sich jedoch nur einige makroskopische Faktoren direkt beeinflussen, die indirekt mit der Schichtqualität zusammenhängen. Durch langjährige experimentelle Forschung konnte jedoch der Zusammenhang zwischen der Schichtqualität und diesen makroskopischen Faktoren aufgezeigt werden. Dieser Zusammenhang dient als Prozessspezifikation für die Herstellung optischer Dünnschichtbauelemente und spielt eine wichtige Rolle bei der Fertigung hochwertiger optischer Dünnschichtbauelemente.
1. Der Effekt der Vakuumplattierung
Der Einfluss des Vakuumgrades auf die Filmeigenschaften beruht auf Energieverlusten und chemischen Reaktionen, die durch Kollisionen zwischen Restgas und Filmatomen bzw. -molekülen in der Gasphase entstehen. Bei niedrigem Vakuumgrad steigt die Wahrscheinlichkeit der Verschmelzung von Filmdampfmolekülen mit Restgasmolekülen, wodurch die kinetische Energie der Dampfmoleküle stark reduziert wird. Dies führt dazu, dass die Dampfmoleküle das Substrat nicht erreichen, die Gasadsorptionsschicht auf dem Substrat nicht durchdringen können oder diese zwar durchdringen, die Adsorptionsenergie am Substrat jedoch sehr gering ist. Infolgedessen ist der mittels optischer Dünnschichtbauelemente abgeschiedene Film locker, weist eine geringe Akkumulationsdichte, eine niedrige mechanische Festigkeit, eine unreine chemische Zusammensetzung sowie einen niedrigen Brechungsindex und eine geringe Härte auf.
Im Allgemeinen verbessert sich mit zunehmendem Vakuum die Schichtstruktur, die chemische Zusammensetzung wird reiner, jedoch steigt die Spannung. Je höher die Reinheit der Metall- und Halbleiterschicht, desto besser; sie hängt vom Vakuumgrad ab, der einen höheren Anteil an direkten Hohlräumen erfordert. Die wichtigsten vom Vakuumgrad beeinflussten Schichteigenschaften sind Brechungsindex, Streuung, mechanische Festigkeit und Unlöslichkeit.
2. Einfluss der Ablagerungsrate
Die Abscheidungsrate ist ein Prozessparameter, der die Abscheidungsgeschwindigkeit des Films beschreibt. Sie wird durch die Dicke des auf der Oberfläche der Beschichtung gebildeten Films pro Zeiteinheit ausgedrückt. Die Einheit ist nm·s-1.
Die Abscheidungsrate hat einen deutlichen Einfluss auf Brechungsindex, Festigkeit, mechanische Festigkeit, Haftung und Spannung des Films. Bei niedriger Abscheidungsrate kehren die meisten Dampfmoleküle vom Substrat zurück, die Kristallkeimbildung verläuft langsam, und die Kondensation kann nur an großen Aggregaten erfolgen, was zu einer lockeren Filmstruktur führt. Mit steigender Abscheidungsrate bildet sich ein feiner und dichter Film, die Lichtstreuung nimmt ab und die Festigkeit zu. Daher ist die richtige Wahl der Abscheidungsrate ein wichtiger Aspekt im Verdampfungsprozess, und die spezifische Wahl sollte vom Filmmaterial abhängen.
Es gibt zwei Methoden zur Verbesserung der Abscheidungsrate: (1) Erhöhung der Verdampfungsquellentemperatur (2) Vergrößerung der Verdampfungsquellenfläche.
Veröffentlichungsdatum: 29. März 2024