什么是真空鍍膜？都有哪些鍍膜工藝？

我們都知道，濾光片是一種能夠選擇性透過或吸收特定波長光線的器件，在濾光片的制備中，經常會聽到真空鍍膜的字眼，那么什么是真空鍍膜呢？下面我們將為大家做一個簡單的理解，同時介紹幾個濾光片薄膜制備的幾個工藝！

真空鍍膜是制備濾光片最常用的方法之一，其原理是將待鍍基片（如玻璃、石英等）置于真空腔內，通過加熱、電子束或離子轟擊等物理或化學方式使鍍膜材料蒸發或濺射，并在基片表面沉積成薄膜，通過沉積多層不同折射率的薄膜，可以精確控制濾光片的透射和反射特性，形成具有特定光學性能的薄膜。鍍膜工藝的目的是改變濾光片對不同波長光的透過、反射和吸收特性，從而實現濾光的功能。

膜層材料和光學性能

常用的濾光片膜層材料有：

高折射率材料: 二氧化硅、氧化鈦、氧化鋯等，具有較高的折射率，用于構建高反射膜。

低折射率材料: 氟化鎂、氟化鈣等，具有較低的折射率，用于構建增透膜。

金屬材料: 鋁、銀、金等，具有高反射率，常用于制作反射鏡。

不同材料的光學性能（折射率、吸收系數等）決定了膜系的特性。例如，高折射率材料和低折射率材料交替疊加可以形成多層膜，實現高反射率或高透射率。

真空鍍膜的優勢

防止污染： 真空環境可以有效減少空氣中的雜質對膜層的污染，保證膜層的純度和質量。

提高沉積速率： 真空環境下，蒸發或濺射的原子或分子可以自由地向各個方向運動，從而提高沉積速率。

改善膜層質量： 真空環境下，膜層生長更加均勻，致密，附著力更好。

（電子束蒸發鍍膜）

常見的真空鍍膜工藝有哪些？

常見的真空鍍膜工藝包括電子束蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子輔助鍍膜等，同時還包括一些真空鍍膜其他變種如磁控濺射、反應濺射、離子束輔助沉積（IBAD）等！

1.電子束蒸發鍍膜：利用電子束加熱蒸發源，使鍍膜材料氣化并沉積在濾光片基底上。這種方法能夠精確控制蒸發速率和膜厚，使其具有高蒸發速率、可蒸發高熔點材料等優點，但對設備要求較高。

2.濺射鍍膜：通過高能粒子撞擊靶材，使靶材原子濺射出來并沉積在基底上。濺射鍍膜可以制備出均勻性較好、附著力強的膜層，鍍出來的膜層均勻性好、附著力強，適用于各種材料的鍍膜，但沉積速率相對較慢。

3.離子輔助鍍膜：在鍍膜過程中引入離子束，對正在沉積的膜層進行轟擊和改性，從而改善膜層的結構和性能，如提高膜層的致密性和硬度，但工藝相對復雜。

（化學氣相沉積CVD）

4.化學氣相沉積（CVD）：在高真空或低壓環境下，將含有鍍膜元素的氣態化合物引入反應腔，在基片表面發生化學反應，生成薄膜，適用于制備高純度、大面積的薄膜，膜層均勻性好。

（物理氣相沉積PVD）

5.物理氣相沉積（PVD）：將固態或液態物質在真空或低壓環境下轉化為氣態原子或分子，然后沉積在基片上形成薄膜，覆蓋真空蒸發、濺射、離子鍍等多種方法，可以根據不同的需求選擇合適的工藝。

（原子層沉積ALD）

6.原子層沉積（ALD）：由化學氣相沉積衍生而來，它通過利用不同氣相前驅體脈沖交替通入反應腔室, 周期性間歇式地在表面沉積材料，通過交替引入兩種或多種反應前驅體，在基片表面逐層生長薄膜，可以精確控制膜厚，制備出具有原子級平整度的薄膜，缺點是沉積速率較慢，成本較高。

7.磁控濺射：在真空腔內，通過施加直流或射頻電壓在靶材和基片之間產生電場，使惰性氣體電離形成等離子體。磁場的作用是將電子限制在靶材附近，增加電子與氣體原子的碰撞幾率，從而產生更多的離子。這些離子轟擊靶材，使靶材原子濺射出來，并沉積在基片上形成薄膜，提高濺射速率和膜層均勻性。

8.反應濺射：與磁控濺射類似，但增加了反應氣體。濺射出來的靶材原子與反應氣體原子在基片表面發生化學反應，形成化合物薄膜，如氧化物、氮化物、碳化物等。

9.離子束輔助沉積（IBAD）： IBAD是一種綜合了離子束技術和物理氣相沉積（PVD）技術的鍍膜方法，在PVD過程中，同時引入高能離子束。離子束轟擊基底表面，使其活化，有利于膜層的成核和生長；離子束還對生長中的膜層進行轟擊，可以改善膜層的致密性、平整度和應力，改善膜層的結構和性能。

多層膜沉積作為真空鍍膜的一種常見應用，一般為了實現更復雜的濾光效果，通常需要沉積多層不同折射率的薄膜。通過精確控制每一層的厚度和折射率，可以實現特定的光學透過曲線，設計出各種各樣的光學濾光片，例如帶通濾光片、截止濾光片、中性密度濾光片等。例如，在制備窄帶濾光片時，可能需要沉積數十層甚至上百層的薄膜，每層的厚度都需要精確控制在納米級別，這就對真空鍍膜的工藝精度和穩定性提出了極高的要求。

鍍膜效果的評定

鍍膜效果的好壞可以通過以下指標進行評定：

透射率: 測量濾光片在不同波長下的透射率，與理論設計值進行比較。

反射率: 測量濾光片的反射率，評估其對光的反射能力。

波長選擇性: 測量濾光片的半峰全寬（FWHM）、峰值透過率等參數，評價其波長選擇性。

角度特性: 測量濾光片在不同入射角下的透射率和反射率，評估其角度特性。

耐久性: 評估濾光片在環境因素（如溫度、濕度、機械應力）下的穩定性。

真空鍍膜工藝的影響因素

真空度: 真空度越高，膜層純度越高，附著力越好。

沉積速率: 沉積速率過快或過慢都會影響膜層的均勻性。

基底溫度: 基底溫度影響膜層的微觀結構和應力。

膜層厚度控制: 精確控制膜層厚度是獲得理想光學性能的關鍵。

總的來說，濾光片的真空鍍膜是一門精密的技術，涉及到材料科學、光學、物理等多個學科。通過合理選擇膜層材料、優化膜系設計、控制鍍膜工藝參數，可以制備出具有各種光學性能的濾光片，滿足不同應用的需求，需要注意的是，濾光片的性能不僅取決于鍍膜工藝，還與基底材料、鍍膜設備、工藝參數等因素密切相關。