霍尔离子源原理及对薄膜的影响.ppt

1、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

2、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（I

3、AD）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 Si3N4 3、金属 Au、Ag 4、氟化物 MgF2、YF3、PrF3、YbF3,离子源对氧化

4、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: TiO2 2.40 Nb2O5 2.32 Ta2O5 2.16 ZrO2 2.16 HfO2 1.98 Y2O3 1.98 CeO2 2.35 ITO 2.0 SiO2 1.46 Al2O3 1.67,TiO2 PVD 基板温度 300度 n=2.2550 柱状结构 IAD 基板不加温 V=150V,I=0.92A n=2.45550 立方结构 TiO2应力 张应力,SiO2 PVD 多孔 易吸潮,引起光谱漂移 n=1.45 IAD n=1.46 压应力 与TiO2匹配 与离子能量有关,可以调节

5、膜层的吸收、机械稳定性、改善膜层的应力。,Al2O3 PVD n=1.6-1.65 多孔柱状结构 IAD AlAl2O3 n=1.65 无吸收,HfO2 UV、VIS、IR IAD n=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/Nb2O5 PDV 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) Nb2O5 n=2.35 与TiO2相近,折射率较稳定,ITO PVD 基片温度300度 IAD 基片不加温,面电阻20欧姆,透明,n=2.0,Y2O3 PVD

6、 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,CeO2 PVD 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=2.37 300度 n=2.4 均匀性提高,可重复性提高,ZrO2 PVD 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 IAD n=2.0 化学组分完整,致密 无定形 AlN,Au PVD 膜层的粘附力 IAD O2-工作气体,Ag 膜层粘附力,化学稳定性差 IAD O2 100ev 0.2mA/cm2,MgF2 PVD 300度 0.72-0.98 n=1.38 机械稳定性 对不能加温 IAD O2/Ar 120ev 0.4mA/cm2 吸收