薄膜基礎知識
一、光學圖紙和技術檔案中的常用術語及符號
符號術語n光圈數
△n 光圈區域性誤差
△r 標準樣板精度
b表面疵病
c透鏡偏心差
d 透鏡中心厚度
t 透鏡邊緣厚度
d 零件直徑
ｄ０（ｄm) 零件有效直徑
二、光學材料的基本知識
１、光學材料的種類
光學玻璃分為2大類:冕牌玻璃(k)和火石玻璃(f)
2、光學效能:
1)化學穩定性:玻璃抵抗水溶液、潮濕空氣及其他侵蝕性介質如酸、鹼、鹽等破壞的能力；(dw da)
2）機械效能：比重、脆性、彈性、硬度（相對抗磨硬度fa）；
3）熱效能：熱穩定性：指玻璃經受急冷急熱的效能。
三、光學薄膜的分類及設計
§3-1光學薄膜的分類
1.減反膜2.濾光膜3 保護膜
4 內反射5 外反射6 高反膜
7 分束膜8 分色膜9 偏振膜
10 導電膜
§3-2光學薄膜的基本特性和內容
基本特性
序號基本特性主要內容
1 光學效能膜層在某一光譜範圍內的反射、透射、吸收、散射等特性，同時包括折射率和消光係數等光學常數
2 表面質量包括麻點、脫膜、擦痕、印跡、膜色不勻等
3 力學性質主要包括附著力、硬度和應力
4 環境適應性主要包括膜層的化學穩定性和熱穩定性
§3-3 光學薄膜的設計
§3-3-1 減反射膜
減反射膜是用來減少光能在光學元件表面的反射損失.可見光的光譜區域通常認為是400nm～760nm.
1、單層減反射膜：
當光線從折射率為n0的介質射入折射率為n1的介質時，在分界面上會產生光的反射，根據費涅爾定律，反射率r=(n0-n1)2/(n0+n1)2= (1-n1)2/(1+n1)2 當介質為空氣時，認為 n0=1 單層膜在中心波長 λ0處的反射率r= （1- n12/ ns )2 / （1+ n12/ ns )2 其中 ns是玻璃基底的折射率，n1是所鍍膜料的折射率。
在光線垂直入射時，在中心波長 λ0 出現零反射的條件為膜層的光學厚度n1d1等於λ0的1/4，即：
n1d1= λ0/4，同時膜層的折射率n1等於基底折射率ns與入射介質折射率n0乘積的平方根 ，即n1=∨nsn0
2、雙層減反膜（v形減反膜） ：λ/4—λ/4
w形膜）: λ/4—λ/2
3、多層減反膜：
四、鍍膜技術
§4-1 真空的基本知識
1、定義：指在給定空間內，壓強低於1標準大氣壓的氣體狀態。
2、表示：一般用真空度表示真空，真空度的高低又有壓強的大小來表示。
3、量度單位：以壓強為單位來量度，法定計量單位是帕斯卡，簡稱帕（pa)。
1 atm=1x105 pa 1t orr=1mmhg=133.3 pa
4、區域劃分：粗真空（＞103 pa）、低真空（ 103 ～10-1 pa ）、高真空（ 10-1 pa ～10-6 pa ）、超高真空（＜ 10-6 pa ）
5、真空的獲得：機械幫浦+羅茨幫浦+擴散幫浦
6、 真空鍍膜材料：介質薄膜材料
對材料的基本要求：
1）透明度：在所要求的光譜區域內材料具有透明特性；
2）折射率：是乙個非常重要的引數，通常希望折射率是確定的和可以重複的；
3）機械牢固度和化學穩定性：薄膜的機械效能和化學穩定性隨製備條件的不同會存在明顯的差異。
§4-2 影響薄膜質量和特性的因素
1、工藝因素的影響
1）、基底的處理：拋光程度和基底的清潔,它不僅影響光譜特性，同時對附著力和牢固度有較大影響。
2）、製備引數：
基底的溫度 ： t公升高，可減少沉積分子再結晶時的溫度與基底溫度差異，減少內應力，提高折射率；
沉積速率：沉積速率高，結構緻密，內應力小；沉積速率低，結構鬆散；
真空度：它的高低使沉積分子產生碰撞的情況不同，造成蒸汽分子到達基底的動能不同，形成膜層的緻密程度不同；
3）蒸汽入射角：指蒸發分子的入射方向與基底法線的夾角。
2、膜層厚度均勻性的影響
1）膜層均勻性的實現方法：
①採用球面夾具，它適用於各種曲率半徑的零件。蒸鍍凹、凸面鏡，要採用不同的控制波長，得到較均勻的膜厚分布。
②工件架勻速轉動，一般16～28圈/分；
③膜料蒸發角盡量小；
2）改善膜厚均勻性的措施：
①公轉和自轉結合的行星夾具；
②遮擋板技術。
3、蒸發源的影響：
1）、電阻加熱蒸發源：是利用電流通過蒸發源產生的焦耳熱來加熱膜層材料的，應考慮蒸發源的材料和形狀；
2）、電子束加熱蒸發源：是利用高速密集的電子束轟擊膜層材料，使其產生高溫而蒸發。電子束加熱可以蒸發高溫材料，水冷坩堝的使用，加上蒸發僅發生在材料表面，有效抑制了坩堝與蒸發材料之間的反應，由於蒸汽分子動能較大，能夠得到比電阻加熱法更牢固緻密的膜層。
五、薄膜的效能及檢測
光學薄膜的效能主要包括：
1、光學指標：反射率、透射率，吸收率等一般使用分光光度計測量
2、顏色指標（實際上包含於第一項）
分光光度計測出分光特性
用目視的辦法在日光燈下檢查
3、光潔度
1、使用體視顯微鏡
2、目視檢驗
4、膜層的牢固度
1 、脫脂棉醇醚混合液擦拭 25來回
2、膠帶 5次
5、膜層的硬度
使用專用的壓力橡皮擦
6、膜層透射、反射的相位
一般使用橢圓偏振儀測量
7、抗環境效能：
高溫試驗(一般90度,168h),
低溫試驗(-40度,168h),
高溫高濕試驗(60度,168h),
週期試驗(-40度~+95度12週期)
鹽水浸泡試驗
有的還要老化試驗(1500h)
光學薄膜產品的通常疵病及相應的注意事項
一、脫膜（含膜軟）
形成原因與注意事項
1、基底不乾淨含有油質類有機物
a、 清洗不乾淨，要及時測量ipa的純度、水的純度。
b、 真空室有油類氣氛存在。要注意擴散幫浦返油、新工裝的仔細清洗。
2、真空不良（本底真空不足、排氣能力不強）
a、機械幫浦排氣能力下降。要注意幫浦油的及時更換、機械幫浦內部配合間隙變大。
b、dp幫浦排氣能力下降。要注意關機後冷卻時間的保證，幫浦油是否到期。
c、真空室內太髒，吸附的氣體較多。以及環境濕度太大。
d、工藝定製的本底真空不好。
3、溫度不足
a、設定溫度ok，實際溫度不足。檢查是否有斷路存在。
b、加熱絲太髒，附著膜料較多，熱輻射效果不好。
4、真空計出現誤差
真空出現假象。要注意及時清掃或則週期性校對真空計，出現異常時更換。
5、蒸發速率不足
這種情況是在特定的情況下出現的，一般主要針對冷鍍和塑料基底的情況下。
是考慮脫膜和膜軟的乙個因素。
二、缺膜
形成原因與注意事項
在鍍膜前鍍膜面和鍍膜中粘附了顆粒狀物質，成膜後顆粒狀物質脫落而形成
1、真空室含有較多的灰塵
2、離子槍槍體較髒
3、環境中粉塵顆粒較多
4、夾具髒
三、印子
形成原因與注意事項
1、基底本身有腐蝕
2、清洗不乾淨留下的水跡、ipa跡、汙漬
3、膜層不牢，鍍完後超洗出現
4、環境濕度長時間大於80%
三、膜層不牢，鍍完後超洗出現
由於膜層不牢，超洗時水分浸入膜層或區域性外層膜脫落（減薄）造成顏色的差異。
注意事項同脫膜
四、分光特性不良
形成原因與注意事項
1、設計相關
膜系的設計對於薄膜產品的加工至關重要，在設計時，由於膜系的容差不足，就非常容易造成特性不良。
一般來說，在1%的光學厚度誤差範圍內，特性不應有大的超出規格要求的變化。
2、裝置狀態保持不良
對於已經確定工藝的產品，由於裝置的狀態（排氣能力下降、燈絲損壞、監控片不好、槍打火等），造成折射率和厚度的變化，引起特性不良。
因此日常的維護保養以及清掃是每乙個薄膜從業者必須注意的問題
3、膜料不良
分為兩種情況：
1、來料不良（此種情況較少）
2、底料、加料不良
膜料打坑、落入雜質、加料太少、加料太多。
定期檢查和更換底料、清掃裝置各部位及輔助夾具很重要。
4、突發故障（燈絲斷、離子槍報警等）鍍膜過程中止。
鍍膜過程中止後續鍍，會造成鍍膜環境的改變，造成折射率和厚度誤差
5、蒸發特性不良、均勻性不足
主要是針對燈絲使用時間接近斷掉的情況，造成電子束能量分布改變。
初期修正板未調整好
五、擦痕
形成原因與注意事項
主要與流轉、超洗有關
六、膜邊寬
形成原因與注意事項
1、夾具的設計、製作和檢驗
2、夾具變形
3、裝夾鍍膜盤震動、旋轉震動
七、跳點
形成原因與注意事項
1、膜料潮濕
膜料吸潮以後，在加熱預熔時就可以發現氣體受熱膨脹而飛濺的情況，而很多膜料無法實現全熔化，也就不可避免存在飛濺的情況，與膜料的貯存相關。
最好是在使用前處理一次。
2、預熔不充分
無論是顆粒還是藥片的膜料，密度都低於塊狀膜料，不可避免都存在空隙，當電子束打在膜料上時空隙中存在的氣體就會急劇膨脹而飛濺，而很多膜料無法實現全熔化，也就不可避免存在飛濺的情況。
針對不同的膜料最好是在鍍膜前預熔一次。
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