薄膜光學(xué)技術(shù)-4-1教程文件

1、薄膜光學(xué)技術(shù)-4-1蒸氣入射角與柱狀結(jié)構(gòu)的蒸氣入射角與柱狀結(jié)構(gòu)的生長方向之間的關(guān)系：生長方向之間的關(guān)系：tgtg2薄膜聚集密度薄膜聚集密度P: 產(chǎn)生柱狀結(jié)構(gòu)的原因：產(chǎn)生柱狀結(jié)構(gòu)的原因：1. 沉積分子的有限遷移率2. 已經(jīng)沉積分子對后繼沉積分子的陰影效應(yīng)空隙）薄膜的總體積（柱體（柱體的體積）薄膜中固體部分的體積pvsfnPPnn1影響薄膜聚集密度的因素影響薄膜聚集密度的因素:基底溫度；基底溫度；沉積速率；沉積速率；真空度；真空度；沉積入射角；沉積入射角； 離子轟擊。離子轟擊。熱蒸發(fā)制備的薄膜柱狀結(jié)構(gòu)照片熱蒸發(fā)制備的薄膜柱狀結(jié)構(gòu)照片4.2 影響膜層質(zhì)量的工藝要素影響膜層質(zhì)量的工藝要素uPVD基本工

2、藝過程基本工藝過程:工藝參數(shù)對薄膜性能的影響工藝參數(shù)對薄膜性能的影響基片基片材料材料基片基片清潔清潔離子離子轟擊轟擊初始初始材料材料蒸發(fā)蒸發(fā)方法方法蒸發(fā)蒸發(fā)速率速率真空真空度度基片基片溫度溫度蒸汽入蒸汽入射角射角烘烤烘烤處理處理折射率折射率透射率透射率散射散射幾何厚度幾何厚度應(yīng)力應(yīng)力附著力附著力硬度硬度溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性不溶性不溶性抗激光輻射抗激光輻射缺陷缺陷工藝參數(shù)對薄膜性能影響嚴(yán)重；工藝參數(shù)對薄膜性能影響嚴(yán)重； 表示有關(guān)系；表示有關(guān)系； 表示有依賴關(guān)系表示有依賴關(guān)系4.2.1 影響膜層質(zhì)量的工藝要素及作用機(jī)理影響膜層質(zhì)量的工藝要素及作用機(jī)理1. 真空度真空度 殘余氣體分子與膜料分子的碰撞

3、，導(dǎo)致蒸發(fā)殘余氣體分子與膜料分子的碰撞，導(dǎo)致蒸發(fā)的膜料分子或原子的能量損失和化學(xué)反應(yīng)，致使的膜料分子或原子的能量損失和化學(xué)反應(yīng)，致使膜層聚集密度低，膜層疏松膜層聚集密度低，膜層疏松，化學(xué)成分不純化學(xué)成分不純，從，從而使膜層折射率、硬度和不溶性變差。而使膜層折射率、硬度和不溶性變差。 提高真空度可使膜層的結(jié)構(gòu)得到改善，化學(xué)提高真空度可使膜層的結(jié)構(gòu)得到改善，化學(xué)成分變純，但一般情況下會成分變純，但一般情況下會增大膜層的應(yīng)力增大膜層的應(yīng)力。2.沉積速率（蒸發(fā)速率）沉積速率（蒸發(fā)速率） 低的沉積速率低的沉積速率會導(dǎo)致會導(dǎo)致蒸氣分子從基底返回蒸氣分子從基底返回，晶，晶核生長緩慢，結(jié)晶只能在大的聚集體上進(jìn)

4、行，從而核生長緩慢，結(jié)晶只能在大的聚集體上進(jìn)行，從而導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)疏松；導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)疏松；高的沉積速率高的沉積速率下會形成顆粒下會形成顆粒細(xì)細(xì)小而致密的膜層小而致密的膜層，膜層散射小，牢固度高。，膜層散射小，牢固度高。提高沉積速率的方法：提高沉積速率的方法： 提高蒸發(fā)源溫度；提高蒸發(fā)源溫度；增大蒸發(fā)源面積。增大蒸發(fā)源面積。 沉積速率沉積速率單位時間內(nèi)在被鍍基底表面上形成單位時間內(nèi)在被鍍基底表面上形成的膜層厚度，單位為的膜層厚度，單位為nm/s。 速率是動能的又一表征，它對膜層的速率是動能的又一表征，它對膜層的折射率折射率、牢固度牢固度、機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)力、附著力附著力有明顯影響。有明顯影

5、響。 基底溫度是膜層生長的重要條件之一。它對基底溫度是膜層生長的重要條件之一。它對膜層原子或分子膜層原子或分子提供額外能量補充提供額外能量補充，對膜層，對膜層結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、凝聚系數(shù)、膨脹系數(shù)和聚集密度凝聚系數(shù)、膨脹系數(shù)和聚集密度起著重要的作用。起著重要的作用。宏觀反映在膜層折射率、散射、應(yīng)力、附著力、宏觀反映在膜層折射率、散射、應(yīng)力、附著力、硬度和不溶性都會因基片溫度的不同而有較大差硬度和不溶性都會因基片溫度的不同而有較大差異。異。3.基底溫度基底溫度(1).冷基底：金屬膜或光學(xué)塑料基底；冷基底：金屬膜或光學(xué)塑料基底；(2).高基底溫度的優(yōu)點：高基底溫度的優(yōu)點： 使基底表面的使基底表面的殘余氣體

6、解吸附殘余氣體解吸附，增加基底與沉積分子之間的，增加基底與沉積分子之間的結(jié)合力結(jié)合力； 增強(qiáng)分子之間的相互作用，使膜層致密，提高附著力增強(qiáng)分子之間的相互作用，使膜層致密，提高附著力；(3).基底溫度過高基底溫度過高，也會使膜層結(jié)構(gòu)變化、，也會使膜層結(jié)構(gòu)變化、膜料分解膜料分解、不利成膜。不利成膜。 1). 鍍前轟擊：鍍前轟擊：使基片表面因離子濺射剝離而再清使基片表面因離子濺射剝離而再清潔和電活化，提高膜層在基片表面的凝聚系數(shù)和附潔和電活化，提高膜層在基片表面的凝聚系數(shù)和附著力；著力； 2).鍍中和鍍后轟擊鍍中和鍍后轟擊：提高膜層的聚集密度，促進(jìn)：提高膜層的聚集密度，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使氧化物膜層的透

7、過率增加，折射率提化學(xué)反應(yīng)，使氧化物膜層的透過率增加，折射率提高，硬度和抗激光損傷閾值提高。高，硬度和抗激光損傷閾值提高。4.離子轟擊的作用離子轟擊的作用5.基片材料基片材料 1). 膨脹系數(shù)不同膨脹系數(shù)不同 熱應(yīng)力；熱應(yīng)力； 2). 化學(xué)親和力不同化學(xué)親和力不同 影響膜層附著力和牢固度影響膜層附著力和牢固度; 3). 表面粗糙度和缺陷表面粗糙度和缺陷 散射的主要來源。散射的主要來源。殘留在基片表面的污物和清潔劑將導(dǎo)致：殘留在基片表面的污物和清潔劑將導(dǎo)致： 1）. 膜層對基片的附著力差膜層對基片的附著力差； 2）. 散射吸收增大抗激光損傷能力差；散射吸收增大抗激光損傷能力差； 3）. 透光性能

8、變差。透光性能變差。6.基片清潔基片清潔7.膜層材料膜層材料 膜料的膜料的化學(xué)成分化學(xué)成分（純度（純度/雜質(zhì)種類）、雜質(zhì)種類）、物理物理狀態(tài)狀態(tài)（粉（粉/塊）和塊）和預(yù)處理預(yù)處理（真空燒結(jié)（真空燒結(jié)/鍛壓）影響鍛壓）影響膜層結(jié)構(gòu)和性能。膜層結(jié)構(gòu)和性能。8.蒸發(fā)方法蒸發(fā)方法 不同蒸發(fā)方法不同蒸發(fā)方法提供給蒸發(fā)分子和原子的初始提供給蒸發(fā)分子和原子的初始動能差異很大動能差異很大，導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)有較大差異，表現(xiàn)，導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)有較大差異，表現(xiàn)為折射率、散射、附著力有差異。為折射率、散射、附著力有差異。9.蒸氣入射角蒸氣入射角 影響膜層的生長結(jié)構(gòu)和聚集密度。對膜層的折影響膜層的生長結(jié)構(gòu)和聚集密度。對膜層的折

9、射率和散射性能有較大影響。一般應(yīng)限制在射率和散射性能有較大影響。一般應(yīng)限制在30之內(nèi)。之內(nèi)。10.鍍后烘烤處理鍍后烘烤處理 在大氣中對膜層加溫處理，有助于在大氣中對膜層加溫處理，有助于應(yīng)力釋放應(yīng)力釋放和和環(huán)境氣體分子及膜層分子的熱遷移，可使膜層結(jié)構(gòu)環(huán)境氣體分子及膜層分子的熱遷移，可使膜層結(jié)構(gòu)重組。因此，可使膜層折射率、應(yīng)力、硬度有較大重組。因此，可使膜層折射率、應(yīng)力、硬度有較大改變。改變。注意：以上所述的注意：以上所述的10個工藝因素對膜層性能的影響，是依個工藝因素對膜層性能的影響，是依據(jù)實際工藝項目和膜層宏觀性能統(tǒng)計匯總得出的。據(jù)實際工藝項目和膜層宏觀性能統(tǒng)計匯總得出的。綜合分析結(jié)果綜合分析

10、結(jié)果 PVD工藝因素對膜層性能的影響，工藝因素對膜層性能的影響，主要集中在主要集中在三類工三類工藝因素藝因素對膜層對膜層四種性能四種性能的作用上：的作用上： 顯然，成膜原子顯然，成膜原子/分子遷移能和凝聚力的大小，幾乎對膜分子遷移能和凝聚力的大小，幾乎對膜層的所有性能都有影響。因此，層的所有性能都有影響。因此，PVD技術(shù)的發(fā)展，幾乎技術(shù)的發(fā)展，幾乎都是針對提高成膜粒子遷移能，凝聚力而進(jìn)行的。都是針對提高成膜粒子遷移能，凝聚力而進(jìn)行的。工藝作用工藝作用膜層性能膜層性能遷遷移移能能膜原子膜原子凝凝聚聚力力制制膜膜環(huán)環(huán)境境化化條條件件物物 膜與基膜與基化化差差異異物物 聚聚集集密密度度附附著著力力應(yīng)

11、力應(yīng)力缺缺陷陷 主要工藝因素對薄膜性質(zhì)的影響主要工藝因素對薄膜性質(zhì)的影響 4.2.2.提高膜層機(jī)械強(qiáng)度的工藝途徑提高膜層機(jī)械強(qiáng)度的工藝途徑 膜層的機(jī)械性能受附著力、應(yīng)力、聚集密度等膜層的機(jī)械性能受附著力、應(yīng)力、聚集密度等的影響，提高膜層的機(jī)械強(qiáng)度就應(yīng)該著重考慮以下的影響，提高膜層的機(jī)械強(qiáng)度就應(yīng)該著重考慮以下幾個工藝參數(shù)：幾個工藝參數(shù)：真空度。真空度。提高真空度會增大膜層聚集密，增加膜提高真空度會增大膜層聚集密，增加膜層牢固度，改善膜層結(jié)構(gòu)，使膜層化學(xué)成分變純，但層牢固度，改善膜層結(jié)構(gòu)，使膜層化學(xué)成分變純，但同時應(yīng)力也增大。同時應(yīng)力也增大。沉積速率。沉積速率。提高沉積速率不僅可以用提高蒸發(fā)速提高

12、沉積速率不僅可以用提高蒸發(fā)速率，還可以用增大蒸發(fā)源面積的辦法來達(dá)到。但是采率，還可以用增大蒸發(fā)源面積的辦法來達(dá)到。但是采用提高蒸發(fā)源溫度的辦法有其缺點：使得膜層應(yīng)力太用提高蒸發(fā)源溫度的辦法有其缺點：使得膜層應(yīng)力太大；成膜氣體易分解。大；成膜氣體易分解?；瑴囟?。基片溫度。提高基片溫度有利于將吸附在基片表提高基片溫度有利于將吸附在基片表面的剩余氣體分子排除，增加基片與沉積分子之間的面的剩余氣體分子排除，增加基片與沉積分子之間的結(jié)合力；但基片溫度過高會造成膜層變質(zhì)。結(jié)合力；但基片溫度過高會造成膜層變質(zhì)。離子轟擊離子轟擊。蒸鍍前的轟擊可以清潔表面，增加附。蒸鍍前的轟擊可以清潔表面，增加附著力；鍍后轟

13、擊可以提高膜層聚集密度等，從而是機(jī)著力；鍍后轟擊可以提高膜層聚集密度等，從而是機(jī)械強(qiáng)度和硬度增大。械強(qiáng)度和硬度增大?；鍧?。基片清潔。基片清洗方法不適當(dāng)或不潔凈，在基基片清洗方法不適當(dāng)或不潔凈，在基片上殘留有雜質(zhì)或清潔劑，則引起新的污染。片上殘留有雜質(zhì)或清潔劑，則引起新的污染。4.2.3控制膜層折射率的主要工藝途徑控制膜層折射率的主要工藝途徑控制真空度；控制真空度；控制沉積速率；控制沉積速率；控制基片溫度；控制基片溫度；控制膜料蒸氣分子入射角控制膜料蒸氣分子入射角 薄膜沉積速率對膜層折射率的影響基底溫度T=300，氧分壓3.010-2Pa膜層折射率的工藝穩(wěn)定性最為重要目視法目視法厚度的三種概

14、念：厚度的三種概念：幾何厚度（物理厚度）幾何厚度（物理厚度）光學(xué)厚度（光學(xué)厚度（nd）質(zhì)量厚度質(zhì)量厚度（單位面積上的質(zhì)量，（單位面積上的質(zhì)量，如已知密度，可轉(zhuǎn)換成幾何厚度）如已知密度，可轉(zhuǎn)換成幾何厚度）厚度監(jiān)控方法：厚度監(jiān)控方法：光電極值法光電極值法石英晶體石英晶體振蕩法振蕩法光譜法光譜法4.3 膜層厚度監(jiān)控膜層厚度監(jiān)控 光學(xué)膜層厚度的準(zhǔn)確性要求高，監(jiān)控方法多。光學(xué)膜層厚度的準(zhǔn)確性要求高，監(jiān)控方法多。4.3.1 目視法目視法 ： 依據(jù)薄膜的依據(jù)薄膜的干涉色干涉色變化來控制膜層的厚度。變化來控制膜層的厚度。 利用光電測光方法測量正在鍍制膜層的利用光電測光方法測量正在鍍制膜層的T或或R隨膜層隨膜層

15、厚度增加過程中的極值個數(shù)，獲得以厚度增加過程中的極值個數(shù)，獲得以/4為單位的整數(shù)為單位的整數(shù)厚度的膜層。厚度的膜層。1. 原理：原理： 由單層介質(zhì)膜層的反射率公式由單層介質(zhì)膜層的反射率公式 122112012220122112012220sinnnnncosnnsinnnnncosnnR 4.3.2光電極值法光電極值法其中：其中： 意即：意即： . 對一個確定的對一個確定的，當(dāng)，當(dāng) 時，時， T或或R有極值；有極值； . 對一個確定的對一個確定的n1d1, 當(dāng)當(dāng) 時，時， T或或R有極值有極值.111dn2 時， , 3 ,2, 1,411mmdn4mdn11 11dnm4 以上就是以上就是

16、極值法監(jiān)控膜層厚度的基礎(chǔ)極值法監(jiān)控膜層厚度的基礎(chǔ)當(dāng)當(dāng)R 或或 T 就為極值。就為極值。o 當(dāng)選定一個當(dāng)選定一個作為監(jiān)控波長時，只要膜層的光作為監(jiān)控波長時，只要膜層的光學(xué)厚度是學(xué)厚度是/4的整數(shù)倍，其透射和反射光信號就的整數(shù)倍，其透射和反射光信號就具有一個或多個可供明確判斷的極值；具有一個或多個可供明確判斷的極值； 例如：例如：0=500nm時時, nd=125nm (1個極值個極值), nd=250nm (2個極值個極值),o 對一個欲得到的膜層任意光學(xué)厚度（對一個欲得到的膜層任意光學(xué)厚度（n1d1），），一定存在一個或數(shù)個波長的光可用來依極值法原一定存在一個或數(shù)個波長的光可用來依極值法原理監(jiān)

17、控其厚度理監(jiān)控其厚度。 例如：例如： nd=250nm時時, 01=1000nm, (1個極值個極值) 02=500nm, (2個極值個極值) 03=250nm, (4個極值個極值)單層介質(zhì)薄膜能量反射率隨膜層厚度的變化規(guī)律單層介質(zhì)薄膜能量反射率隨膜層厚度的變化規(guī)律2. 典型裝置典型裝置 3.極值法使用中存在的兩大缺陷極值法使用中存在的兩大缺陷o 在在T和和R的極值點，的極值點， 在在T和和R極值點附近，極值點附近， 也很小，也很小，極值點的準(zhǔn)確判斷是很困難的極值點的準(zhǔn)確判斷是很困難的。o 對任意膜層厚度對任意膜層厚度 n1d1,雖然理論上存在波長雖然理論上存在波長，當(dāng)，當(dāng)n1d1=m /4

18、時，時，T和和R有極值，但是在實際中，由于有極值，但是在實際中，由于用于膜厚監(jiān)控的光電系統(tǒng)中，光源、光學(xué)元件、光電傳用于膜厚監(jiān)控的光電系統(tǒng)中，光源、光學(xué)元件、光電傳感器、以及膜料透明區(qū)的限制，使實際可用的波長感器、以及膜料透明區(qū)的限制，使實際可用的波長限制限制在很窄的波段范圍內(nèi)。在很窄的波段范圍內(nèi)。 0dnddT0dnddR1111 或或 1111dnRdnT 和和例如：例如： nd=250nm時時,01=1000nm, (1個極值個極值) 02=500nm, (2個極值個極值) 03=250nm, (4個極值個極值) 4. 極值法監(jiān)控技巧極值法監(jiān)控技巧 極值法監(jiān)控精度不高的主要原因是極值點的

19、判讀極值法監(jiān)控精度不高的主要原因是極值點的判讀精度不高所致，也是極值法監(jiān)控的原理所決定的。精度不高所致，也是極值法監(jiān)控的原理所決定的。為了克服這一缺點，常用下列方法：為了克服這一缺點，常用下列方法：o. 過正控制過正控制選用比由選用比由nd= /4確定的波長稍確定的波長稍短一點的波長作為監(jiān)控波長，允許短一點的波長作為監(jiān)控波長，允許T或或R有一定的有一定的過正量，過正量，讓停鍍點避開極值點讓停鍍點避開極值點。o. 高級次監(jiān)控（短波控制長波）高級次監(jiān)控（短波控制長波）增大增大T或或R的變的變化化總幅度總幅度(總走值總走值)，減小，減小T或或R的相對判讀誤差，的相對判讀誤差，提高膜層厚度的控制精度。

20、提高膜層厚度的控制精度。o. 預(yù)鍍監(jiān)控片預(yù)鍍監(jiān)控片通過通過提高監(jiān)控片的提高監(jiān)控片的Y，增大增大T或或R的變化幅度的變化幅度，減小，減小T或或R的相對判讀誤差。的相對判讀誤差。snnY215. 極值法的改進(jìn)極值法的改進(jìn)o. 雙光路補償法雙光路補償法 從入射光路中取出一束光信號從入射光路中取出一束光信號參考信號，以此作參考信號，以此作為測量信號的對比和參考的為測量信號的對比和參考的基準(zhǔn)信號基準(zhǔn)信號，而在膜厚儀上，而在膜厚儀上顯示的只是測量信號與參考信號的顯示的只是測量信號與參考信號的差值部分差值部分。由此產(chǎn)。由此產(chǎn)生如下優(yōu)點：生如下優(yōu)點：o擴(kuò)大了信號變化部分的幅度，提高了判讀精度（最擴(kuò)大了信號變化

21、部分的幅度，提高了判讀精度（最好時可以達(dá)到好時可以達(dá)到 0.1%）。）。 例：前述的單光路極值法反射光監(jiān)控精度例：前述的單光路極值法反射光監(jiān)控精度3% 8%，可相應(yīng)提高到可相應(yīng)提高到1% 2.7%.o電源、光源等因素引起的參考信號和測量信號的同電源、光源等因素引起的參考信號和測量信號的同步變化，并不改變差值變化。因此步變化，并不改變差值變化。因此 ，降低了對光源穩(wěn)降低了對光源穩(wěn)定性的要求。定性的要求。提高極值法監(jiān)控精度的方法補償法. 微分法微分法 利用微分電路，利用微分電路，將變化率最小的極值點將變化率最小的極值點改為改為對應(yīng)對應(yīng)變化率大的微變化率大的微分信號的零點分信號的零點。o即：即： T

22、或或R的極值點的極值點判讀改為：零點（定值）判讀改為：零點（定值）判定；判定；o 由于微分信號在由于微分信號在零點處變化率最大，判零點處變化率最大，判讀誤差也就最小。讀誤差也就最小。光電極值法監(jiān)控的特點光電極值法監(jiān)控的特點o只能用于監(jiān)控光學(xué)厚度，不能用來監(jiān)控幾何厚度；o只能用于監(jiān)控四分之一波長厚度，對于監(jiān)控任意厚度無能為力。4.3.3、任意膜厚的單波長監(jiān)控、任意膜厚的單波長監(jiān)控p . 對所需的膜層厚度對所需的膜層厚度計算出對應(yīng)的極值波長，用計算出對應(yīng)的極值波長，用極值法監(jiān)控極值法監(jiān)控。（變波長監(jiān)控）（變波長監(jiān)控）o . 對于折射率穩(wěn)定易重復(fù)的膜層，對于折射率穩(wěn)定易重復(fù)的膜層，可以監(jiān)控非極可以監(jiān)

23、控非極值波長的值波長的T或或R值。值。(定值法監(jiān)控定值法監(jiān)控)p (3). 曲線比擬法曲線比擬法10100101BBAABATTTTTTTT對于理論厚度nd, 對應(yīng)理論值TA0和TA1,在實際制作時,得到TB0,根據(jù)此式計算出TB1,到達(dá)TB1時停鍍, 即得到厚度nd。實際走值理論走值實際極值（走值）理論極值（走值）4.3.4 石英晶振法石英晶振法o 利用石英晶體的壓電效應(yīng)，利用石英晶體的壓電效應(yīng)，測量石英晶體測量石英晶體振動頻率或周期振動頻率或周期隨隨石英晶片厚度石英晶片厚度的變化量，達(dá)到測的變化量，達(dá)到測量沉積在石英晶片上的膜層厚度量沉積在石英晶片上的膜層厚度的目的。的目的。o依據(jù)石英晶片

24、振動頻率依據(jù)石英晶片振動頻率 f 與晶片厚度與晶片厚度dq成反比成反比的原理：的原理：f=N/dq oN由石英晶片決定的常數(shù)由石英晶片決定的常數(shù) 若在此晶片一個表面鍍上膜層厚度為若在此晶片一個表面鍍上膜層厚度為 df ，假設(shè)對應(yīng)的等效石英晶片厚度為假設(shè)對應(yīng)的等效石英晶片厚度為dqo 則：利用關(guān)系式則：利用關(guān)系式 其中：其中： A晶片被鍍面積晶片被鍍面積 得：得：qqffdAdAm fqfqdd 1. 頻移法頻移法等效石英晶片厚等效石英晶片厚度度而由而由 微分得：微分得：o 膜層厚度增量引起石英晶片振動頻率的變化量為：膜層厚度增量引起石英晶片振動頻率的變化量為：o頻移法存在的問題頻移法存在的問題

25、：o忽略了有膜晶片與無膜晶片忽略了有膜晶片與無膜晶片振動模式振動模式的差異；的差異；o忽略了有膜晶片忽略了有膜晶片連續(xù)或繼續(xù)使用時振動連續(xù)或繼續(xù)使用時振動基頻基頻f的變化。的變化。 結(jié)果導(dǎo)致了頻移法在結(jié)果導(dǎo)致了頻移法在原理上就是近似的原理上就是近似的。qdNf q2qddNf fqffqfqdNfddNf22ffNd2qfqf 2. 周期法周期法o若用若用 和和 分別表示石英晶片的分別表示石英晶片的振動基頻振動基頻和和初始厚度初始厚度o則：由則：由 可得可得 將將 代入上式，并整理可得：代入上式，并整理可得： o式中：式中： 是無膜石英晶片的振動周期是無膜石英晶片的振動周期 是有膜石英晶片的振

26、動周期是有膜石英晶片的振動周期o o 據(jù)此測得膜層厚度據(jù)此測得膜層厚度,克服了克服了頻移法頻移法存在的存在的第二個問題第二個問題。0f0d00dNf q00ddNfff ffNdd0q0 ffqqdd 00qffNNdfff 00Tf1 Tff10 TTNd0fqf 3. 聲阻抗法聲阻抗法o若將鍍膜后石英晶片若將鍍膜后石英晶片振動模式振動模式的改變也考慮在膜層厚度的改變也考慮在膜層厚度的計算公式中，則可得出更加精確的測厚公式：的計算公式中，則可得出更加精確的測厚公式：o式中：式中： 分別是膜層和石英晶片的聲阻抗值。分別是膜層和石英晶片的聲阻抗值。qfZZ 和和 TT1tgTNZZtgZZd0f

27、q1qffqf晶控與光控比較晶控與光控比較o光控：光控：n直接控制光學(xué)膜層的目標(biāo)特性參數(shù)直接控制光學(xué)膜層的目標(biāo)特性參數(shù)T或或 R；n不同膜層的厚度誤差有不同膜層的厚度誤差有相互補償作用相互補償作用；n對膜層厚度的對膜層厚度的控制精度較低控制精度較低。o晶控：晶控：n控制精度高（控制精度高（1埃），易實現(xiàn)自動控制；埃），易實現(xiàn)自動控制；n可直接監(jiān)控可直接監(jiān)控成膜速率成膜速率，便于工藝穩(wěn)定重復(fù)和，便于工藝穩(wěn)定重復(fù)和閉環(huán)控制閉環(huán)控制；n可控制任意厚度；可控制任意厚度；n 溫度對石英晶片的溫度對石英晶片的 f 影響大，影響大，需要恒溫措施需要恒溫措施 (增加水冷卻裝置增加水冷卻裝置)。控制電子槍電子束

28、流的大小4.3.5寬光譜膜厚監(jiān)控寬光譜膜厚監(jiān)控 o 控制膜層厚度的目的是在預(yù)定的波段獲得所控制膜層厚度的目的是在預(yù)定的波段獲得所需要的需要的光譜特性光譜特性。因此，監(jiān)控膜層厚度的方法，。因此，監(jiān)控膜層厚度的方法，實際上是在間接地監(jiān)控膜層光譜特性，是不得已實際上是在間接地監(jiān)控膜層光譜特性，是不得已而為之的的權(quán)宜之計。而為之的的權(quán)宜之計。o 如果能在膜層鍍制過程中就直接在實際使用如果能在膜層鍍制過程中就直接在實際使用的波段監(jiān)控膜層的波段監(jiān)控膜層光譜特性光譜特性，那才真正實現(xiàn)了，那才真正實現(xiàn)了最終最終目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)的控制。的控制。具體方案：具體方案： 在鍍膜機(jī)上設(shè)置一臺在鍍膜機(jī)上設(shè)置一臺快速掃描分

29、光光度計快速掃描分光光度計（全光譜（全光譜采樣時間小于采樣時間小于100mS，波長分辨率優(yōu)于，波長分辨率優(yōu)于2nm，波長重復(fù)，波長重復(fù)性優(yōu)于性優(yōu)于1nm，T或或R測量精度測量精度1%），），實現(xiàn)膜層實現(xiàn)膜層 T 或或 R曲線的適時測量曲線的適時測量。 設(shè)定合理的設(shè)定合理的目標(biāo)評價函數(shù)目標(biāo)評價函數(shù)：寬波段監(jiān)控的目標(biāo)（停：寬波段監(jiān)控的目標(biāo)（停鍍點），是由適時測量光譜函數(shù)（曲線）與理論設(shè)計的目標(biāo)鍍點），是由適時測量光譜函數(shù)（曲線）與理論設(shè)計的目標(biāo)光譜函數(shù)（曲線）之差確定的目標(biāo)評價函數(shù)的極小值。光譜函數(shù)（曲線）之差確定的目標(biāo)評價函數(shù)的極小值。 適時測量適時測量 n、d值，修正膜系設(shè)計值，修正膜系設(shè)計，確保達(dá)到設(shè)計，確保達(dá)到設(shè)計要求：要求：通過已鍍膜層的實際測量光譜曲線，擬算出膜層的通過已鍍膜層的實際測量光譜曲線，擬算出膜層的n和和d，并據(jù)此，并據(jù)此n、d，修正原設(shè)計膜系中未鍍各層的參數(shù)，修正原設(shè)計膜系中未鍍各層的參數(shù)，使使后續(xù)膜層鍍完后的整個膜系的光譜曲線能達(dá)到原設(shè)計要求。后續(xù)膜層鍍完后的整個膜系的光譜曲線能達(dá)到原設(shè)計要求。u Wide band monitoringd