霍尔离子源原理及对薄膜的影响

.,霍尔离子源原理及应用,.,离子源工作原理,离子源的种类按离子能量分为：高能200ev以上的如APS、RF、考夫曼离子源；低能200ev以下的霍尔离子源按类型分：考夫曼型和霍尔型,.,离子源的工作原理在真空环境下，利用发射的电子在电场和磁场的相互作用下，使充入真空室的气体产生离化，在电场和磁场的作用下发射离子。,.,霍尔离子源的结构原理组成部分：阴极-发射电子阳极-产生离子气路-提供离化的气体电源,.,霍尔离子源结构：,阴极,壳体,阳极,气管,磁场,.,考夫曼离子源的结构简图,壳体,栅极,阳极,气路,磁场,阴极,.,离子源的离子能量：对于考夫曼离子源：为阳极与栅极之间的电压霍尔离子源：阳极电压的6570%,.,两种离子源的特点：考夫曼离子源的特点：高能低束流，能流密度较低，出射角度较小，适合于镀制较小面积的光学器件；使用成本高；霍尔离子源的特点：低能大束流，能流密度较大，发射角也较大，适合较大面积的生产使用；使用成本低；适合于大规模生产使用。,.,霍尔离子源与考夫曼离子源的对照表（霍尔离子源更适合IAD）,性能指标,霍尔离子源,考夫曼离子源,离子能量,低（40-200EV）,高（300-2000EV）,离子束流,高（1安以上）,与能量成比例,束流面积,宽（30度半角）,窄,反应气体兼容性,好,很好,颗粒的产生,低,高,简单性/可靠性,好,很好,使用费用,低,高,.,离子源辅助镀膜（IAD）的作用：1、填充密度提高：折射率提高2、波长漂移减少；3、红外波段的水气吸收减少；4、增强了膜层的结合力、耐摩擦能力、机械强度、提高表面光洁度；5、控制膜层的应力；6、减少膜层的吸收和散射；7、提高生产效率,.,IAD,增加填充密度,高折射率,低水气吸收,增强结合力,更多压应力,光谱稳定性,低红外吸收,长期机械强度,耐磨性,更坚硬,.,IAD对各种材料的作用1、氧化物TiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、SiO2、HfO2、Y2O3、Al2O3、CeO2、ITO等2、氮化物Si3N43、金属Au、Ag4、氟化物MgF2、YF3、PrF3、YbF3,.,离子源对氧化物采用O2为工作气体，可以充分氧化，减少在短波的吸收，降低充氧量氧化物在550nm的折射率情况:TiO22.40Nb2O52.32Ta2O52.16ZrO22.16HfO21.98Y2O31.98CeO22.35ITO2.0SiO21.46Al2O31.67,.,TiO2PVD基板温度300度n=2.2550柱状结构IAD基板不加温V=150V,I=0.92An=2.45550立方结构TiO2应力张应力,.,SiO2PVD多孔易吸潮,引起光谱漂移n=1.45IADn=1.46压应力与TiO2匹配与离子能量有关,可以调节膜层的吸收、机械稳定性、改善膜层的应力。,.,Al2O3PVDn=1.6-1.65多孔柱状结构IADAlAl2O3n=1.65无吸收,.,HfO2UV、VIS、IRIADn=1.98减少膜层的非均匀性,折射率增加，光谱漂移减少可以使用Hf材料用电子枪IAD蒸发,.,Ta2O5/Nb2O5PDV正常情况下不能很好工作，有较大的吸收。IAD下，Ta2O5的可见区吸收很小，短波线很短，n=2.16(与离子源参数有关)Nb2O5n=2.35与TiO2相近,折射率较稳定,.,ITOPVD基片温度300度IAD基片不加温,面电阻20欧姆,透明,n=2.0,.,Y2O3PVD高度不均匀,无重复性IAD明显减少不均匀性,可重复,n=1.8-1.85,.,CeO2PVD基片温度350度,克服非均匀/无重复性高度柱状结构多孔性容易引起湿气的吸附IAD基片不加温,n=2.37300度n=2.4均匀性提高,可重复性提高,.,ZrO2PVD不均匀n=1.90-1.95多晶立方结构IAD均匀,.,Si3N4运用于光电子产品PVD膜层不均匀,膜层结构缺陷IADn=2.0化学组分完整,致密无定形AlN,.,AuPVD膜层的粘附力IADO2-工作气体,.,Ag膜层粘附力,化学稳定性差IADO2100ev0.2mA/cm2,.,MgF2PVD300度0.72-0.98n=1.38机械稳定性对不能加温IADO2/Ar120ev0.4mA/cm2吸收