光学薄膜可以采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和化学液相沉积(CLD)三种技术来制备.

1、物理气相沉积(PVD)

PVD需要使用真空镀膜机,制造成本高,但膜层厚度可以精确控制,膜层强度好,目前已被广泛采用.在PVD法中,根据膜料气化方式的不同,又分为热蒸发、溅射、离子镀及离子辅助镀技术.其中,光学薄膜主要采用热蒸发及离子辅助镀技术制造,溅射及离子镀技术用于光学薄膜制造的工艺是近几年才开始的.

1.1热蒸发

光学薄膜器件主要采用真空环境下的热蒸发方法制造,此方法简单、经济、操作方便.尽管光学薄膜制备技术得到长足发展,但是真空热蒸发依然是最主要的沉积手段,当然热蒸发技术本身也随着科学技术的发展与时俱进.?在真空室中,加热蒸发容器中待形成膜的原材料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸汽流,入射到固体(称为衬底或基片)表面,凝结形成固态薄膜的方法.

热蒸发的三种基本过程:由凝聚相转变为气相的相变过程;气化原子或分子在蒸发源与基片之间的运输,即这些粒子在环境气氛中的飞行过程;蒸发原子或分子在基片表面的沉积过程.

1.2溅射

溅射指用高速正离子轰击膜料表面,通过动量传递,使其分子或原子获得足够的动能而从靶表面逸出(溅射),在被镀件表面凝聚成膜.

与蒸发镀膜相比,其优点是:膜层在基片上的附着力强,膜层纯度高,可同时溅射不同成分的合金膜或化合物;缺点是:需制备专用膜料靶,靶利用率低.

溅射的方式有三种:二级溅射、三级/四级溅射、射频溅射.

1.3离子镀

离子镀兼有热蒸发的高成膜速率和溅射高能离子轰击获得致密膜层的双优效果,离子镀膜层附着力强、致密.离子镀常见类型:蒸发源和离化方式.

特点:

a、膜附着力强.这是由注入和溅射所致.

b、绕镀性好.原理上,电力线所到之处皆可镀上膜层,有利于面形复杂零件膜层的镀制.

c、膜层致密.溅射破坏了膜层柱状结构的形成.

d、成膜速率高.与热蒸发的成膜速率相当.

e、可在任何材料的工作上镀膜.绝缘体可施加高频电场.

1.4粒子辅助镀

在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器—离子源,产生离子束,在热蒸发进行的同时,用离子束轰击正在生长的膜层,形成致密均匀结构(聚集密度接近于1),使膜层的稳定性提高,达到改善膜层光学和机械性能.

离子辅助镀技术与离子镀技术相比,薄膜的光学性能更佳,膜层的吸收减少,波长漂移极小,牢固度好,该技术适合室温基底和二氧化锆、二氧化钛等高熔点氧化物薄膜的镀制,也适合变密度薄膜、优质分光镜和高性能滤光片的镀制.

2、化学气相沉积(CVD)

化学气相沉积就是利用气态先驱反应物,通过原子、分子间化学反应的途径来生成固态薄膜的技术.

CVD一般需要较高的沉积温度,而且在薄膜制备前需要特定的先驱反应物,在薄膜制备过程中也会产生可燃、有毒等一些副产物.但CVD技术制备薄膜的沉积速率一般较高.

3、化学液相沉积(CLD)

CLD工艺简单,制造成本低,但膜层厚度不能精确控制,膜层强度差,较难获得多层膜,还存在废水废气造成的污染问题,已很少使用.