关于光学薄膜制备的常用方法

今天为大家介绍一下关于光学薄膜制备的常用方法。欢迎大家收藏哦！

溅射法

溅射是在电场的作用下，粒子经加速后快速轰击膜料靶材，促使膜料溅射出来的现象。溅射方法大体可分为直流、射频、磁控、反应溅射。

（1）直流溅射

直流溅射设备较为简单，但是它的最大缺点是工作环境要求的气压较高，溅射速率较低，从而制备的薄膜纯度较低，同时溅射效率也不够高。

（2）射频溅射

射频溅射中的电源装置由直流变为交流。该方法适用于固体材料，常用于制备合金膜、磁性膜等。其特点是沉积速率快，成膜纯度高，致密性好。

（3）磁控溅射

磁控溅射技术是在真空中，经电场作用，将氩气电离成Ar+正离子，Ar+经加速后撞击靶材膜料，从而溅射到衬底上，制成薄膜。溅射法初期常用来制备绝缘体、金属等材料，具有成膜面积大，粘着力强等优点，而在1970年代发展起来的磁控溅射技术，更是实现了高速率，低温度、能够工业化批量生产等优点。直流、射频方法有两个缺点：①溅射沉积速率慢；②溅射条件需要较高压强。这两个缺点的存在，都有可能导致成膜过程中薄膜受到污染。因此，磁控溅射技术相对于这两种方法而言更具优越性。

（4）反应溅射

反应溅射方法是在溅射过程中，通入气体如O2、Ar，从而对薄膜组分和特性进行控制。该方法能够制成不同组分配比的薄膜，其优点为薄膜附着力好、厚度均匀平整，可以实现工业批量生产。

由于反应溅射的出现，SiO2、MgF2、Si3N4 等减反膜也相继制备成功，由于TiO2、SiO2 性能稳定、对环境友好，所以丰德（Pfund）提出TiO2 和SiO2 是一种理想的减反射材料，相比于其他材料缺陷较少。因此，至今仍然有许多研究者继续深入对TiO2 和SiO2 的研究。

化学气相沉积法

化学气相沉积法是两种及以上气态物质通过化学反应，生成新的物质，最后沉积在衬底上的一种方法。下面介绍常用的几种制膜方法。

（1）金属有机化合物气相沉积 （MOCVD）

MOCVD 与CVD 的机制一样，但它采用金属有机化合物作为初始反应物。其优点是：热敏感的衬底上也可以制备薄膜；缺点是沉积速率慢，成膜质量较差缺陷较多。

（2）等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）

PECVD 主要引进等离子体技术，促使气体发生化学反应在基底上形成薄膜。近些年来，更多的研究者倾向于PECVD 技术制备薄膜。其优点是薄膜缺陷少，所需环境温度低。

（3）激光化学气相沉积（LCVD）

LCVD 是用激光束照射反应气体，气体密封于反应室内，诱发化学反应，最后生成新物质沉积在衬底上的制膜方法。其优点是：①基底的加热是间接进行的，能按需沉积，且能控制薄膜生在范围；②沉积速率快；③能减小来自基底参杂的影响。

（4）分子束外延法（MBE）

MBE 是在超高真空条件下，通过喷射膜料组成成分的分子束流，在基片表面形成外延层的镀膜技术。其优点是：①可以制备单晶结构薄膜；②可以高精度制备想要的膜厚、组分等。同时MBE 也存在缺点，主要为：①设备成本高昂，且维护成本也较高；②生长速度慢；③无法工业生产的量产化，只适用于研究，规模最大的MBE 设备，也只能一次制备8片6英寸左右的薄膜。

真空蒸发法

真空蒸发是在真空环境下，直接对膜料加热蒸发，使其气化形成蒸气流，然后沉积在衬底上从而形成薄膜的方法。其优点：①制备过程简单；②成膜质量好、杂质较少，可以精准制备想要的膜厚；③生长机制单纯直观。其缺点为：①获得结晶结构的薄膜困难；②薄膜易脱落；③工艺重复性差。

（1）电阻加热蒸发

电阻加热蒸发是将高熔点金属材料例如钽、铂、钨等，制成适当大小，放入待蒸发区，通入电流对膜料直接蒸发。其优点是膜料结构简单、成本低；缺点是需要处理膜料的形状。

（2）电子束蒸发

电子束蒸发是在真空室内，利用电子枪直接照射放在坩埚里的材料，使膜料物质从固态变气态，然后在基片表面凝结成膜。其优点是：①电子束的能量要远高于电阻加热产生的能量，从而促使膜料预熔的更彻底；②电子束加热可以避免薄膜受到污染，制备薄膜纯度高；③传导热量过程中膜料能充分吸收，热损失小，因此热效率高。

离子束溅射法

离子束溅射法是在真空环境下，用离子撞击靶材，被轰击出的离子沉积在基片上，最后制成薄膜的技术。

在设计高精度薄膜时，通常使用这种方法。其优点是：①薄膜较致密，缺陷少；②薄膜耐久度好; ③可独立调节、控制各种实验参数、可以控制变量找出最佳的薄膜制备参数。④有良好附着力，不易脱落。其不足主要是：①只能制备小尺寸薄膜，且速率慢；②无法制备面积大且均匀薄膜；③设备运行成本较高且结构复杂。

脉冲激光淀积法

脉冲激光淀积法，该方法是用激光轰击膜料，被轰击出的物质沉积在衬底上得到对应膜料薄膜。

这是一种应用颇广的新型的薄膜制备技术，其主要优点是：①沉积速率快，制备周期短，且成膜均匀；②能够按需调节工艺参数，且几乎可以采用任意类型靶材；③仪器容易清理，有良好的兼容。且能够获取想要的组分比薄膜，因此在半导体材料领域中应用颇广。

但该方法也有局限性：①由于溅射过程中颗粒物的存在，导致成膜质量较差；②成膜速率慢，且规模小设备成本高。镀膜过程中由于其淀积的角度窄，有效镀膜的范围小，超出一定范围后，制备的薄膜就不均匀。

溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法于60 年代开始发展的。它的化学过程是将分布于溶剂中原料通过水解等方式，生成活性单体，再将溶质聚合、形成凝胶，经过干燥、焙烧，得到所需的材料。该方法一般是用来制备玻璃、陶瓷或其他无机材料。

溶胶-凝胶法的优点是：①由于在溶剂中的化学反应促使材料分布均匀；②溶胶液直接用于成膜，制备薄膜的面积可控；③在低温环境就可发生反应，对温度要求不高；④操作简易，成膜效率高，易于工业化生产。

缺点是：①只能制备特定薄膜，金属膜、卤化物膜无法制备；②反应速率不可控，且反应过程受很多因素影响，因此大量生产出的凝胶膜的性能和质量就难以保持一致；③制备周期较长可能要几周的时间; ④溶胶时，内部可能存在大量气泡，在干燥时产生收缩。

等离子辅助沉积法

等离子辅助沉积法是在蒸发镀膜过程中，用离子束流轰击薄膜，大大的提高了膜层的牢固性，薄膜光学性能也更满足需求。缺点是结构复杂，并需配备离子源，与普通热蒸发镀膜机相比，需要额外成本，成本较高。但由于可以明显提高薄膜质量，所以使用广泛。

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审核编辑：黄飞