ปัจจัยกระบวนการและกลไกที่มีผลต่อคุณภาพของอุปกรณ์ฟิล์มบาง (ตอนที่ 1)

การผลิตอุปกรณ์ฟิล์มบางออปติกจะดำเนินการในห้องสูญญากาศ และการเติบโตของชั้นฟิล์มเป็นกระบวนการระดับจุลภาค อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน กระบวนการระดับมหภาคที่สามารถควบคุมได้โดยตรงคือปัจจัยระดับมหภาคบางประการที่มีความสัมพันธ์ทางอ้อมกับคุณภาพของชั้นฟิล์ม แม้จะเป็นเช่นนี้ จากการวิจัยเชิงทดลองอย่างต่อเนื่องในระยะยาว ผู้คนได้พบความสัมพันธ์ที่สม่ำเสมอระหว่างคุณภาพของฟิล์มและปัจจัยระดับมหภาคเหล่านี้ ซึ่งกลายมาเป็นข้อกำหนดกระบวนการเพื่อชี้นำการผลิตอุปกรณ์การเคลื่อนที่ของฟิล์ม และมีบทบาทสำคัญในการผลิตอุปกรณ์ฟิล์มบางออปติกคุณภาพสูง

1.ผลของการชุบสูญญากาศ

อิทธิพลของระดับสูญญากาศต่อคุณสมบัติของฟิล์มเกิดจากการสูญเสียพลังงานและปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจากการชนกันของเฟสก๊าซระหว่างก๊าซที่เหลือกับอะตอมและโมเลกุลของฟิล์ม หากระดับสูญญากาศต่ำ ความน่าจะเป็นของการหลอมรวมระหว่างโมเลกุลไอของวัสดุฟิล์มและโมเลกุลก๊าซที่เหลือจะเพิ่มขึ้น และพลังงานจลน์ของโมเลกุลไอจะลดลงอย่างมาก ทำให้โมเลกุลไอไม่สามารถเข้าถึงพื้นผิวได้ หรือไม่สามารถทะลุชั้นการดูดซับก๊าซบนพื้นผิวได้ หรือแทบจะทะลุชั้นการดูดซับก๊าซไม่ได้ แต่พลังงานการดูดซับกับพื้นผิวนั้นน้อยมาก เป็นผลให้ฟิล์มที่สะสมโดยอุปกรณ์ฟิล์มบางออปติกหลวม ความหนาแน่นของการสะสมต่ำ ความแข็งแรงเชิงกลต่ำ องค์ประกอบทางเคมีไม่บริสุทธิ์ และดัชนีการหักเหของแสงและความแข็งของชั้นฟิล์มไม่ดี

โดยทั่วไป เมื่อสูญญากาศเพิ่มขึ้น โครงสร้างของฟิล์มจะดีขึ้น องค์ประกอบทางเคมีจะบริสุทธิ์ขึ้น แต่ความเครียดจะเพิ่มขึ้น ยิ่งฟิล์มโลหะและฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์มีความบริสุทธิ์มากขึ้นเท่าไร ก็ยิ่งดีเท่านั้น ขึ้นอยู่กับระดับของสูญญากาศ ซึ่งต้องใช้ช่องว่างตรงที่สูงขึ้น คุณสมบัติหลักของฟิล์มที่ได้รับผลกระทบจากระดับสูญญากาศ ได้แก่ ดัชนีหักเห การกระเจิง ความแข็งแรงเชิงกล และความไม่สามารถละลายน้ำได้
2. อิทธิพลของอัตราการสะสม

อัตราการสะสมเป็นพารามิเตอร์ของกระบวนการที่อธิบายความเร็วในการสะสมของฟิล์ม ซึ่งแสดงด้วยความหนาของฟิล์มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของการชุบในหน่วยเวลา และมีหน่วยเป็น nm·s-1

อัตราการสะสมมีอิทธิพลที่ชัดเจนต่อดัชนีการหักเหของแสง ความแน่น ความแข็งแรงทางกล การยึดเกาะ และความเค้นของฟิล์ม หากอัตราการสะสมต่ำ โมเลกุลไอส่วนใหญ่จะกลับมาจากพื้นผิว การก่อตัวของนิวเคลียสของผลึกจะช้า และการควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้กับมวลรวมขนาดใหญ่เท่านั้น ทำให้โครงสร้างของฟิล์มหลวม เมื่ออัตราการสะสมเพิ่มขึ้น ฟิล์มจะละเอียดและหนาแน่นขึ้น การกระเจิงของแสงจะลดลง และความแน่นจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น การเลือกอัตราการสะสมฟิล์มให้เหมาะสมจึงเป็นประเด็นสำคัญในกระบวนการระเหย และควรพิจารณาการเลือกที่เฉพาะเจาะจงตามวัสดุของฟิล์ม

มีสองวิธีในการปรับปรุงอัตราการสะสม: (1) วิธีการเพิ่มอุณหภูมิแหล่งการระเหย (2) วิธีการเพิ่มพื้นที่แหล่งการระเหย