光学镀膜材料的理论与实践.pdf

中国光学光电子行业协会2008 年光学薄膜培训班培训资料 光学镀膜材料的理论与实践 王武育* 北京有色金属研究总院 一、 前言 二、 光学镀膜材料的分类及特点 三、 镀膜材料制备方法简介 四、 典型镀膜材料介绍 五、 不同工艺制备的氟化镁材料对真空镀膜的影响 六、 钨钼热蒸发源材料的高温蠕变和高温再结晶行为 七、 常用光学系列镀膜材料 八、 结束语 *王武育，北京有色金属研究总院矿冶研究所 教授级高级工程师，主要从事金属及化合物 镀膜材料的真空高温制备（PVD 、CVD、LEC 法） 电话 电子邮件：Wuyu89@126.com 第 1 页 中国光学光电子行业协会2008 年光学薄膜培训班培训资料 一、前言 能源、信息和生物技术被称为现代社会的三大支柱，而材料科学又是能源、信息和生 物技术的基础。自上世纪 30 年代氟化镁（MgF2 ）增透膜层被发明以来，特别是近20 年来， 由于材料科学与薄膜技术的结合，薄膜技术对材料新功能的不断需求，使光学薄膜材料的 品种、应用范围以及使用数量以惊人的速度增加。因此，镀膜技术的发展，时刻伴随并强 有力地推动着镀膜材料的发展和完善，薄膜材料与薄膜技术形成了密不可分的相辅相成关 系。 目前，光学镀膜材料常用品种已达60 余种，而且其品种、应用功能还在不断被开发。 如在光学装置中一种非常重要的透明导电薄膜，除化合物膜料品种（SnO 或SnO +In O 混 2 2 2 3 合薄膜）外，近年已发展到了金属膜系，当金、银、铜和铝的厚度为 7~20um时，其对可见 光的透射率为 50%，而对红外光透射率小于 10%，这种薄膜已成功地应用于阿波罗宇宙飞 船的面板，用于透过部分可见光，而反射几乎全部的红外光以进行热控制。 从用途和用量看，近年来，由于人们生活质量的提高，使加膜眼镜片、冷光镜和日用 色彩装饰业的工业化进程加快，最常见的三种化合物膜料MgF 、ZnS和SiO的用量达到了出 2 人预料的程度。就目前掌握的情况看，2005 年国内MgF 消耗量达 14.5t，SiO达 8 t，而且有 2 供不应求的态势。可以预计，大批量、低成本的镀膜材料制备工艺将会有力地促进光学薄 膜材料的品种、用途及生产规模的飞跃。 二、光学镀膜材料的分类及特点 （一）、光学镀膜材料的分类： 1、从化学组成上，薄膜材料可分为： 氧化物类：Al O 、SiO、SiO 、TiO 、Ti O 、ZrO 等 2 3 2 2 2 3 2 氟化物类：MgF 、BaF 、YF 、Na AlF 等 2 2 3 3 6 其它化合物类：ZnS 、ZnSe 、PbTe 等 金属（合金）类：Al 、Cr、Ti、Ag 、Al-Ti 、Ni-Cr 等 2 、从材料功能分，镀膜材料可分为： （1）光介质材料：起传输光线的作用。这些材料以折射、反射和透射的方式改变光线的方 向、强度和相位，使光线按预定要求传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而调整光 谱成份。 （2 ）光功能材料：这种材料在外场（力、声、热、电、磁和光）的作用下，光学性质会发 生变化，因此可作为探测、保护和能量转换的材料（如AgCl ,WO 等）。 2 3 （二）光学镀膜材料的特点 从化学结构上看，固体材料（薄膜）中存在着以下键力： 1. 离子键：离子晶体中，每个离子被一定数量的异号