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技術(shù)前沿:光學(xué)鍍膜

時(shí)間:2025-01-10 22:24:51 作者:147小編 點(diǎn)擊:

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光學(xué)鍍膜主體光學(xué)元件

折射率掌控光學(xué)

材料折射率n等于真空光速除以材料中的光速。折射率和波長相關(guān),咱們經(jīng)常按照d3譜線(588 nm)規(guī)定折射率,運(yùn)用nd暗示,下表列出了幾種平常介質(zhì)的nd折射率;針對不透588 nm的紅外材料,例如表格中的硅和鍺,按照常用波長定義折射率。

材料

數(shù)值

備注

真空

1

定義標(biāo)準(zhǔn)

空氣

~1

1.33

熔融石英

1.46

平常UVFS

硼硅酸鹽冕牌玻璃

1.51

平常N-BK7

硅 (λ = 10 μm)

3.4

紅外應(yīng)用

鍺 (λ = 13 μm)

4.0

紅外應(yīng)用

由于速度變化,光在區(qū)別折射率的材料界面上會出現(xiàn)彎折。假設(shè)從低折射進(jìn)入高折射材料,光線將朝法線彎折,就像儀仗隊(duì)從人行道進(jìn)入泥地時(shí)的情形,部分隊(duì)員從硬地進(jìn)入泥地因阻力增多而減速,引起方向變化;像胖子和飛魚牽手跑進(jìn)大海。不管怎樣形象類比,折射最后都要用斯涅爾定律表征。

折射和透鏡

由于折射才有透鏡,透鏡會聚或發(fā)散的程度運(yùn)用屈光度暗示。球面透鏡供給旋轉(zhuǎn)對叫作的屈光,而柱面透鏡只能一維屈光。

透鏡的打磨和拋光真正出此刻13世紀(jì)后期,發(fā)展迄今作為咱們所說的傳統(tǒng)制造技術(shù),適合生產(chǎn)均勻球面的大型工具。熟悉操作員運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)仍能制作比當(dāng)今非常多先進(jìn)設(shè)備還好的平面和球面。另一方面,現(xiàn)代CNC設(shè)備的優(yōu)良之一是生產(chǎn)非球面和自由曲面。一個(gè)非球面能做的事需要多個(gè)球面元件才可做到,適合在狹窄空間運(yùn)用有效收集發(fā)散光。

左:傳統(tǒng)拋光、上盤和瀝青工具右:現(xiàn)代CNC和磁流變拋光設(shè)備

因?yàn)?/span>折射率和波長關(guān)聯(lián)因此呢區(qū)別波長擁有區(qū)別折射角,利用這個(gè)性質(zhì)能夠將白光分出區(qū)別波長,這就叫做色散。色散有利有壞處。以等邊棱鏡為例,利用高色散材料和幾何形狀能夠掰開區(qū)別的波長。有時(shí)色散是有害的,例如透鏡聚焦時(shí)就要處理色散問題。為此可采用多元件透鏡,例如冕牌玻璃和火石玻璃協(xié)同經(jīng)過互補(bǔ)的高低折射率和高低色散構(gòu)造消色差膠合透鏡。除了色差,復(fù)合透鏡還能大大降低球差和彗差,況且比非球面透鏡受對準(zhǔn)的影響更小。

白光聚焦:膠合透鏡對比單透鏡全內(nèi)反射(TIR)和棱鏡

倘若從高折射率入射到低折射率,光線將偏離法線彎折,這般就會顯現(xiàn)一個(gè)臨界角。入射角大于臨界角時(shí),光再也不折射而是所有反射,故叫作全內(nèi)反射(TIR)。TIR是各樣棱鏡應(yīng)用的基本,幾種平常類型依次為等邊色散棱鏡、斜面TIR直角棱鏡、直角面TIR直角棱鏡、角錐棱鏡、屋脊棱鏡和佩林布洛卡棱鏡。

菲涅爾反射

菲涅爾反射定律描述s和p兩種正交偏振光在界面上的反射率,其中s暗示垂直偏振,p暗示水平偏振。

按照這些公式,咱們能夠畫出菲涅爾反射率隨入射角變化的曲線,下面分別是N-BK7和鍺的菲涅爾反射曲線。紅線暗示s偏振光反射率,藍(lán)線暗示p偏振光反射率,綠線暗示平均反射率。

針對低折射率材料N-BK7,正入射時(shí)的單面反射率略高于4%,當(dāng)入射角變大時(shí),s和p光的反射率的差異逐步變大,到45度時(shí)尤其顯著。針對高折射率材料鍺,正入射時(shí)的反射率將近40%,況且s和p光的反射率相差更大。因此紅外材料經(jīng)常需要鍍增透膜。

從圖中還能夠看到,在必定入射角下,兩種材料的p光反射率(藍(lán)線)都可降為零,這個(gè)角就叫布儒斯特角;有些激光器運(yùn)用布儒斯特窗片加強(qiáng)輸出偏振消光比。

偏振光學(xué)元件

雖然經(jīng)過反射能夠掌控偏振,然則標(biāo)準(zhǔn)偏振片經(jīng)常利用二向色性確立偏振,例如薄膜、納米粒子和線柵等類型。另一,晶體雙折射可用于操作偏振。

方解石可制作各樣高消光比偏振棱鏡。以格蘭激光或格蘭泰勒棱鏡為例:因?yàn)?/span>折射率區(qū)別,o光出現(xiàn)全內(nèi)反射被控制,而e光直接透射。為了加強(qiáng)消光比,可用三個(gè)棱鏡構(gòu)造雙格蘭泰勒配置實(shí)現(xiàn)兩次全內(nèi)反射。格蘭湯普森配置擁有類似的功能,然則運(yùn)用膠粘構(gòu)造氣隙。其它晶體偏振器還有光束位移器、沃拉斯頓和Rochon偏振器。

格蘭泰勒偏振器工作動態(tài)圖

晶體偏振分束器

o光方向

e光方向

光束位移器(單塊晶體)

平行

平行

Rochon偏振器

平行

偏轉(zhuǎn)

沃拉斯頓偏振器

偏轉(zhuǎn)

偏轉(zhuǎn)

另一,波片(相位延遲器)屬于偏振光學(xué)元件,平常于四分之一波片和半波片。前者用于轉(zhuǎn)換線偏振和圓偏振,后者用于改變線偏振方向。波片材料包含石英、氟化鎂或藍(lán)寶石等晶體以及聚合物。

1/4波片

轉(zhuǎn)換線偏振和圓偏振

1/2波片改變線偏振方向

材料類型

在討論折射率時(shí)咱們看到,折射率越低菲涅耳反射越小。倘若不鍍增透膜,低折射率材料可能更適用。針對高折射率材料,透鏡能以更短距離聚焦,色散棱鏡更好分光,而多元件透鏡經(jīng)過高低折射材料組合校正像差。材料的偏振效應(yīng)是需要思慮的問題。

下圖給出了各樣材料的透射波長范圍。都數(shù)光學(xué)系統(tǒng)需要盡可能高的透過率,但有需要衰減的狀況,此時(shí)可用彩色玻璃或中性密度濾光片。選取材料時(shí)還要思慮理學(xué)性質(zhì),例如耐用性,還有環(huán)境影響和熱學(xué)性質(zhì)。

干涉和鍍膜

干涉是非常多光學(xué)元件運(yùn)用基本這兒重點(diǎn)講鍍膜。在表面鍍一層薄膜可觀察到兩次反射。對于四分之一波光學(xué)厚度,兩反射光波擁有半波偏移,引起相消干擾并降低反射。簡潔的四分之一波規(guī)則是設(shè)計(jì)光學(xué)薄膜的有力工具,讓咱們理解反射率隨光學(xué)厚度的振蕩,從而制備簡單的增透膜。經(jīng)過稍微繁雜的設(shè)計(jì)還能制備特殊增透膜,例如在單波長實(shí)現(xiàn)接近零反射率的V形膜,經(jīng)過多層膜設(shè)計(jì)還能夠把V形曲線拉平,實(shí)現(xiàn)波長范圍更寬的薄膜。

(減反)增透膜高反膜濾光和分束膜

光學(xué)薄膜的定義

光學(xué)薄膜的定義是∶觸及光在傳播路徑過程中,附著在光學(xué)器件表面的厚度薄而均勻的介質(zhì)膜層,經(jīng)過分層介質(zhì)膜層時(shí)的反射、透(折)射和偏振等特性,以達(dá)到咱們想要的在某一或是多個(gè)波段范圍內(nèi)的光的所有透過或光的所有反射或偏振分離等各特殊形態(tài)的光.

光學(xué)薄膜系指在光學(xué)元件或獨(dú)立基板上,制鍍上或涂布一層或多層介電質(zhì)膜或金屬膜或這兩類膜的組合,以改變光波之傳遞特性,包含光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改變.故經(jīng)由適當(dāng)設(shè)計(jì)能夠調(diào)變區(qū)別波段元件表面之穿透率及反射率,能夠使區(qū)別偏振平面的光擁有區(qū)別的特性.

通常來講,光學(xué)薄膜的生產(chǎn)方式重點(diǎn)分為干法和濕法的生產(chǎn)工藝.所說的干式便是液體出此刻全部加工過程中,例如真空蒸鍍是在一真空環(huán)境中,以電能加熱固體原物料,經(jīng)升華成氣體后附著在一個(gè)固體基材的表面上,完成涂布加工.平常生活中所看到裝飾用的金色、銀色或具金屬質(zhì)感的包裝膜,便是以干式涂布方式制造的制品.然則實(shí)質(zhì)量產(chǎn)的思慮下,干式涂布運(yùn)用的范圍少于濕式涂布.濕式涂布通常的做法是把擁有各樣功能的成份混合成液態(tài)涂料,以區(qū)別的加工方式涂布在基材上,而后使液態(tài)涂料干燥固化做成制品.

什么是鍍膜?

鍍膜是半導(dǎo)體及光學(xué)工業(yè)中最為重要的工藝之一。這兒會總體歸納各類鍍膜/薄膜工藝,從原理上認(rèn)識這些工藝的異同。

  簡介

鍍膜指在基材上形成從數(shù)納米到數(shù)微米的材料層,材料能夠是金屬材料、半導(dǎo)體材料、以及氧化物氟化物等化合物材料。鍍膜的工藝能夠最簡略的分為化學(xué)工藝及理學(xué)工藝:

  化學(xué)辦法

  一般是液態(tài)氣態(tài)的前體材料經(jīng)過在固體表面的化學(xué)反應(yīng),沉積一層固體材料層。以下平常的鍍膜工藝都是屬于化學(xué)工藝:

  ◆ 電鍍(Electroplating):利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程,是利用電解功效使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝

  

  ◆ 化學(xué)溶液沉積Chemical solution deposition (CSD):是利用一種合適的還原劑使鍍液中的金屬離子還原并沉積在基體表面上的化學(xué)還原過程。與電化學(xué)沉積區(qū)別,化學(xué)沉積不需要整流電源和陽極。Sol-Gel技術(shù)便是一種化學(xué)溶液沉積辦法。

  ◆ 旋轉(zhuǎn)涂覆法Spin-coating:即在高速旋轉(zhuǎn)的基片上,滴注各類膠液,利用離心力使滴在基片上的膠液均勻地涂覆在基片上,厚度視區(qū)別膠液和基片間的粘滯系數(shù)而區(qū)別和旋轉(zhuǎn)速度即時(shí)相關(guān)。一般需要涂膠后的熱處理來使膠狀涂膜晶體化。針對高分子聚合物Polymer的薄膜涂覆比較有效,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體的光感掩膜涂覆。

  

  ◆ 化學(xué)氣相沉積 Chemical vapor deposition(CVD):把一種或幾種含有形成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入安置有基材的反應(yīng)室,借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基體表面上沉積固態(tài)薄膜的工藝技術(shù)。

  

  ◆ 等離子加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 Plasma enhanced Chemical vapor deposition (PECVD):是借助微波或射頻等使含有薄膜構(gòu)成原子的氣體電離,在局部形成等離子體,而等離子體化學(xué)活性很強(qiáng),很容易出現(xiàn)反應(yīng),在基片上沉積出所期望的薄膜。由于利用了等離子的活性來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng),PECVD能夠在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)。

  

  理學(xué)辦法

運(yùn)用機(jī)械的、機(jī)電的、熱力的辦法來產(chǎn)生形成固態(tài)薄膜。一般理學(xué)氣相沉積的辦法Physical vapor deposition(PVD)。以下是平常理學(xué)鍍膜工藝:

  ◆ 熱蒸發(fā)鍍膜(Thermal evaporation):將薄膜物質(zhì)加熱蒸發(fā),在比蒸發(fā)溫度低的基本表面上凝結(jié)成固體形成薄膜的辦法

  →電子束蒸發(fā)鍍膜(Electron beam evaporation); 經(jīng)過電子束轟擊鍍膜材料加熱并使材料蒸發(fā),并沉積在基板上。優(yōu)點(diǎn)是加熱集中,并能達(dá)到很高的溫度來處理高熔點(diǎn)的材料。

  

→離子束輔助沉積 (Ion assisted deposition IAD); 類似于E-beam evaporation工藝,改善的地區(qū)是用離子束來導(dǎo)向及加速氣化的鍍膜材料,并且離子束在材料沉積的過程中幫忙沉積以及使沉積膜緊密化,就像小小的錘子同樣。

  

  →電阻加熱蒸發(fā)鍍膜(Resistive heating evaporation);經(jīng)過高電流電阻加熱使鍍膜材料氣化,不適用于高過1600度熔點(diǎn)的材料

  

  →分子束外延Molecular beam epitaxy (MBE)

  

  ◆ 濺射鍍膜(Sputtering):高能量的原子、分子與固體在碰撞后,原子會被趕出固體表面。這種現(xiàn)象叫作為濺射( Sputter )是濺鍍( Sputtering ),被碰撞的固體叫作為靶材( Target )。經(jīng)過高能量的原子、分子會反復(fù)碰撞,靶材會被加熱,為了防止溶解,會從背面進(jìn)行水冷。

  →傳統(tǒng)濺射,經(jīng)過高電壓使靶材周邊的氬氣離子化,并經(jīng)過高電位差得到加速,并轟擊靶材表面,轟出表面的靶材原子積聚在基板上,形成薄膜。

  

  →射頻濺射RF sputtering,射頻濺射是利用射頻放電等離子體中的正離子或電子轟擊靶材、濺射出靶材原子從而沉積在接地的基板表面的技術(shù)。相比傳統(tǒng)濺射的優(yōu)點(diǎn)是不會產(chǎn)生正電荷積聚,降低電位差,從而終止濺射。

  

  →離子束濺射 Ion beam sputtering (IBS),來自于獨(dú)立離子槍的高能量離子束轟擊靶材表面,濺鍍好的材料沉積在基板上。其間形成著的鍍膜化學(xué)計(jì)量和靶材一模同樣。

  

  ◆ 脈沖激光沉積(Pulsed laser deposition PLD):是一種利用聚焦后高功率脈沖激光對真空中靶材進(jìn)行轟擊,因?yàn)?/span>激光能量極高,使靶材氣化形成等離子體Plasma plume,而后氣化的物質(zhì)沉淀在襯底上形成薄膜。

  

光學(xué)鍍膜基本原理是什么?

光學(xué)薄膜是多光束干涉應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。

理學(xué)或化學(xué)的辦法涂敷單層或多層透明介質(zhì)薄膜,可利用薄膜上、下表面干涉相長或相消,使得反射光加強(qiáng)或減弱,來達(dá)到增透增反的功效。

1、單層鍍膜

設(shè)在折射率為  的基片上只鍍一層折射率為  、厚度為  的介質(zhì)薄膜。將上下表面用一個(gè)等效分界面來暗示,這個(gè)等效分界面的反射率  ,便是薄膜的反射率。有:

其中  是產(chǎn)生的相位差。

倘若光是正入射,能夠簡化菲涅爾公式得到反射系數(shù),有:

由此得到的單層膜反射率

“未鍍膜”

①當(dāng)n1=n2  n1=n0 ,由反射率公式知,

等效于未鍍膜。

這兒還要思慮到膜層厚度,由光程差公式,當(dāng)

仍然等效于鍍膜,光好似是直接打在基片上同樣

增反

當(dāng) n1>n2  , R>R0 ,會產(chǎn)生增反的效果。

在“未鍍膜”里思慮到的膜層厚度問題,這兒要進(jìn)行思慮。若

一樣地,有,代入R的計(jì)算公式能夠得到最大的反射率,為:

增透

當(dāng) n1<n2  , R<R0 ,會產(chǎn)生增透的效果。

仍然要思慮膜層厚度,與增反時(shí)討論的類似,若

一樣地,有,代入R的計(jì)算公式能夠得到最小的反射率,

不難重視到:

①該式與增反時(shí)得到的最大反射率式相同,由于推導(dǎo)的前提是同樣的。然則有 n1 的值區(qū)別,因此對應(yīng)著最大和最小。

②當(dāng),實(shí)現(xiàn)完全增透。

若 n0=1,n2=1.5 ,經(jīng)過計(jì)算知要達(dá)到完全增透

得到,

 這么低的折射率材料日前找到。若采用常用的增反 MgF2 材料,折射率為1.38,可得到

總而言之,當(dāng)薄膜膜層 nh 滿足λ0/4的奇數(shù)倍,薄膜能夠達(dá)到最大反射率和最小反射率。至于是增反還是增透,看所鍍膜層的折射率 n1與基片折射率 n2 關(guān)系。

倘若不是正入射狀況,光束中包括了其他的波長,則不可采用正入射狀況下簡化得到的反射率公式。由于這是在給定波長 λ0 的狀況下推導(dǎo)的,只能用簡化前的公式計(jì)算。

2、多層膜

單層膜通常用于增反、增透和分束。功能有限,倘若要滿足更高的需要,需要采用鍍多層膜。

常用多層膜由膜層厚度滿足 nh =λ0/4的高折射率和低折射率膜層交替鍍制,這里膜層厚度的基本上,提出等效折射率的概念:

,那樣在鍍了一層膜之后,由等效折射率概念,又能夠回歸到單層膜的處理思路,實(shí)現(xiàn)了簡化。新的鍍膜則是在基片折射率為基本上鍍制的。

鍍膜應(yīng)用及常用光學(xué)薄膜

高反膜

高反射膜在現(xiàn)代應(yīng)用很廣。激光器諧振腔的高反鏡便是在玻璃基片上鍍多層膜形成的多膜系。利用增透和增反的原理制成的高反射率多層光學(xué)薄膜在激光器、激光陀螺和DWDM等都有著廣泛應(yīng)用。

干涉濾光片

利用多光束干涉原理制成的一種從白光中過濾近單色光的多層膜系。類似于間隔很小的F-P標(biāo)準(zhǔn)具。

PS:標(biāo)準(zhǔn)具:間隔固定不變的F-P干涉儀。

彩色分光膜

在彩電和彩色印刷中,需要將光分成紅、綠、藍(lán)三原色。采用多層介質(zhì)膜能夠制成可見光區(qū)域有選取反射性能的濾光器。

紅外濾光片

分為兩種狀況,膜層反射可見光透過紅外光;膜層反射紅外光透過可見光。

前者用于避免發(fā)熱的照明場合,后者能夠用于放映機(jī)中守護(hù)膠片。

光學(xué)鍍膜的歸類以及他的特性

光學(xué)薄膜是各樣先進(jìn)光電技術(shù)中不可缺少的一部分,它不僅能改善系統(tǒng)性能,而且是滿足設(shè)計(jì)目的的必要手段,光學(xué)鍍膜大致分為金屬鍍膜和電介質(zhì)膜(透明膜)2種。任何一種都能夠用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)的反射鏡,然則反射機(jī)理是完全區(qū)別的,在運(yùn)用辦法或特性上存在非常多區(qū)別點(diǎn)。

金屬膜在拋光的玻璃基板上蒸鍍鋁(Al)或金(Au)等金屬時(shí),會作為反射率較高的反射鏡。另外,銀(Ag)鉑(Pt),或鉻(Cr)等金屬有時(shí)能夠用于反射鏡。金屬膜能夠在非常寬的波長譜區(qū)進(jìn)行反射,且擁有反射率隨入射方向變化小的特征。因?yàn)?/span>反射的光線被金屬薄膜吸收,金屬薄膜的厚度稍微變厚時(shí),光線將不可透過薄膜到達(dá)玻璃基板。

鍍鋁膜

鋁膜在紫外到紅外譜區(qū)都擁有高反射率,但非常容易氧化,尤其是在紫外譜區(qū)擁有不穩(wěn)定的特性。況且,容易受損害,即使弄臟不可擦拭表面。 因此呢,在鋁膜上附加守護(hù)膜,能夠守護(hù)金屬膜并防止氧化或損害守護(hù)膜在特定的波長譜區(qū)有保持反射率的效果,但在其它波長譜區(qū),有時(shí)反射率會降低。 與此相反,僅在特定的波長譜區(qū)增多反射率的特殊守護(hù)膜。

鍍金膜

在可見光譜區(qū)擁有黃色的波長特性(藍(lán)色有吸收),然則在紅外譜區(qū)的非常寬廣的范圍內(nèi)擁有較高的反射率。 因?yàn)?/span>僅有金膜時(shí)不可很好地附著在玻璃表面,很容易剝落,因此通常首要蒸鍍鉻的底膜。 金膜柔軟很容易受損害。在特定的波長譜區(qū)運(yùn)用時(shí),能夠蒸鍍金膜的守護(hù)膜。在全部紅外譜區(qū)運(yùn)用時(shí),經(jīng)常運(yùn)用不鍍有守護(hù)膜的金膜。 請絕對不要用紙或布擦拭金膜。一旦受損害不可恢復(fù)。

鍍鉻膜

鉻膜或其合金(鉻鎳鐵合金)能夠做為部分反射鏡的光學(xué)鍍膜運(yùn)用。 鉻膜的反射率比鋁膜和金膜低,因?yàn)?/span>吸收較多而不被用于反射鏡,但在寬波長譜區(qū)因?yàn)?/span>反射率和吸收率的變化較小,能夠用于反射型的中性濾光片或分光鏡

電介質(zhì)膜

電介質(zhì)材料無色透明,像金屬那樣大的反射或吸收。倘若選取適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)和膜厚,在玻璃基板,薄膜和空氣的分界面會產(chǎn)生干涉效果,能夠得到特定的透過率?反射率的波長特性。

單層反射膜

光線射入玻璃基板時(shí),會產(chǎn)生4%上下的反射而導(dǎo)致透過率的損失。然則,經(jīng)過在玻璃基板上蒸鍍比玻璃的折射率更低的電介質(zhì)膜,能夠改變玻璃基板的反射率。

調(diào)節(jié)電介質(zhì)膜的厚度使其光程(折射率n×膜厚d)為λ/4時(shí),能夠相互抵消玻璃基板和電介質(zhì)膜,電介質(zhì)膜和空氣的分界面的反射,將反射率降到最低。

然則,因?yàn)?/span>折射率受到薄膜材料的限制,因此反射率不可完全為零。況且,因?yàn)?/span>受玻璃基板折射率的限制,因此并不是所有玻璃基板都能得到防反射效果。

單層防反射膜(SLAR)反射率的波長特性

單層電介質(zhì)防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

多層防反射膜

因?yàn)?/span>單層膜材料的選取范圍很小,況且玻璃基板會殘留有些反射。因此呢,經(jīng)過重疊蒸鍍幾層薄膜,即使運(yùn)用很少的薄膜材料能夠得到最佳的防反射效果。

另外,能夠改變薄膜的形成,制造出降低特定波長的反射率的窄帶防反射膜(NMAR),或制造出在寬波長譜區(qū)降低反射率的寬帶防反射膜(MLAR)。

窄帶防反射膜(NMAR)反射率的波長特性

寬帶防反射膜(BMAR)反射率的波長特性

多層電介質(zhì)防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

多層反射膜

在玻璃基板上交替重復(fù)地蒸鍍折射率較高的電介質(zhì)膜和折射率較低的電介質(zhì)膜時(shí),能夠得到反射率非常高的反射膜。

高折射率和低折射率的分界面會產(chǎn)生很少的反射。

因?yàn)?/span>每層的電介質(zhì)膜的厚度都調(diào)節(jié)為λ/4的光程(折射率n×膜厚d),在各層上反射的光線的相位相同,反射將相互合成加強(qiáng)。相反,經(jīng)太多重反射向透過方向前進(jìn)的光線則相互抵消變?yōu)榱恪?/p>

倘若電介質(zhì)膜的層數(shù)足夠多,入射光線會逐步減弱,變得幾乎不可透過。

衰減的光線將所有轉(zhuǎn)為反射光。因?yàn)?/span>電解質(zhì)膜吸收,入射的光線將損失,作為100%的反射光。

多層電介質(zhì)膜(DML)的反射率的波長特性

真空鍍膜技術(shù)

真空鍍膜技術(shù)是氣相理學(xué)沉積的辦法之一,叫真空電鍍。是在真空要求下,用蒸發(fā)器加熱鍍膜材料使之升華,蒸發(fā)粒子流直接射向基體,在基體表面沉積形成固體薄膜。

真空鍍膜的應(yīng)用廣泛,如真空鍍鋁,在塑料等基體上進(jìn)行真空鍍,再經(jīng)過區(qū)別顏色的染色處理,能夠應(yīng)用于家具、工藝品、燈飾、鐘表、玩具、汽車燈具、反光鏡及柔軟包裝材料等制品制造中,裝飾效果非常出色。

真空鍍膜制品其膜面不僅亮度高,質(zhì)感細(xì)膩逼真,同期制作成本較低,有利于環(huán)境守護(hù),較少受到基材材質(zhì)限制的優(yōu)點(diǎn),被越來越多的應(yīng)用在打扮品外殼的表面處理。

真空鍍膜技術(shù)基本原理

真空鍍膜過程簡單來講便是電子在電場的功效下加速飛向基片的過程中與氬原子出現(xiàn)碰撞,電離出海量的氬離子和電子,電子飛向基片。氬離子在電場的功效下加速轟擊靶材,濺射出海量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。

但在實(shí)質(zhì)輝光放電直流濺射系統(tǒng)中,自持放電很難在小于1.3Pa的要求下維持,這是由于在這種要求足夠的離化碰撞。因此呢小于1.3~2.7Pa壓強(qiáng)下運(yùn)行的濺射系統(tǒng)加強(qiáng)離化碰撞就顯出尤為重要。提高離化碰撞的辦法要么靠額外的電子源來供給,而不是靠陰極發(fā)射出來的二次電子;要么便是利用高頻放電安裝施加磁場的方式加強(qiáng)已有電子的離化效率。

事實(shí)上,真空鍍膜中二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛侖磁力的影響,被捆綁在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi),該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高,二次電子在磁場的功效下圍繞靶面作圓周運(yùn)動,該電子的運(yùn)動路徑很長,在運(yùn)動過程中持續(xù)的與氬原子出現(xiàn)碰撞電離出海量的氬離子轟擊靶材,經(jīng)太多次碰撞后電子的能量逐步降低,擺脫磁力線的捆綁,遠(yuǎn)離靶材,Z終沉積在基片上。

真空鍍膜便是以磁場捆綁而延長電子的運(yùn)動路徑,改變電子的運(yùn)動方向,加強(qiáng)工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。電子的歸宿不僅是基片,真空室內(nèi)壁及靶源陽極是電子歸宿,由于通常基片與真空室及陽極在同一電勢。磁場與電場的交互功效(EXB drift)使單個(gè)電子軌跡呈三維螺旋狀,而不是僅僅在靶面圓周運(yùn)動。

真空鍍膜技術(shù)的特點(diǎn)

鍍覆材料廣泛:可做為真空鍍蒸發(fā)材料有幾十種,包含金屬、合金和非金屬。真空鍍膜加工還能夠像多層電鍍同樣,加工出多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜,滿足對涂層各樣區(qū)別性能的需要。

真空鍍膜技術(shù)能夠實(shí)現(xiàn)不可經(jīng)過電沉積辦法形成鍍層的涂覆:如鋁、鈦、鋯等鍍層,乃至陶瓷和金剛石涂層,這是非常難能可貴的。

真空鍍膜性能優(yōu)良:真空鍍膜厚度遠(yuǎn)少于電鍍層,但涂層的耐摩擦和耐腐蝕性能良好,孔隙率低,況且無氫脆現(xiàn)象,相對電鍍加工而言能夠節(jié)約海量金屬材料。

環(huán)境效益優(yōu)異:真空鍍膜加工設(shè)備簡單、占地面積小、生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)雅潔凈,無污水排放,不會對環(huán)境和操作者導(dǎo)致害處。在注重環(huán)境守護(hù)和大力推行清潔生產(chǎn)的形勢下,真空鍍膜技術(shù)在許多方面能夠取代電鍍加工。

真空鍍膜技術(shù)種類

1.真空蒸鍍法

真空蒸鍍是將裝有基片的真空室抽成真空,而后加熱被蒸發(fā)的鍍料,使其原子或分子從表面氣化逸出,形成蒸氣流,入射到基片表面,凝結(jié)形成固體薄膜的技術(shù)。

彌補(bǔ):真空蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華,使之在工件或基材表面析出的過程。(真空蒸鍍中的金屬鍍層一般為鋁膜,但其他金屬如鉻經(jīng)過蒸發(fā)沉淀;厚度在30um上下。)

是在真空室中加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料使其原子或分子從表面氣化逸出,形成蒸氣流入射到固體(叫作為襯底或基片)表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。

按照蒸發(fā)源的區(qū)別能夠將真空蒸鍍分為電阻加熱蒸發(fā)源、電子束蒸發(fā)源、高頻感應(yīng)蒸發(fā)源及激光束蒸發(fā)源蒸鍍法。

(1)電阻蒸發(fā)源是用低電壓大電流加熱燈絲和蒸發(fā)舟,利用電流的焦耳熱是鍍料熔化、蒸發(fā)或升華。這種方式結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)優(yōu)惠,運(yùn)用相當(dāng)廣泛。采用真空蒸鍍法在純棉織物表面制備負(fù)載TiO2織物,紫外線透過率都比未負(fù)載的純棉織物的低,擁有好的抗紫外線性能,制備TiO2薄膜時(shí),膜層較均勻,當(dāng)在玻璃表面蒸鍍一層鉻鈦、鎳鈦合金等裝飾薄膜,裝飾效果,光學(xué)、耐磨、耐蝕性能良好。

(2)電子束蒸發(fā)源利用燈絲發(fā)射的熱電子,經(jīng)加速陽極加速,得到動能轟擊處在陽極的蒸發(fā)材料,是蒸發(fā)材料加熱氣化,實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜。這種技術(shù)相針對蒸發(fā)鍍膜,能夠制作高熔點(diǎn)和高純的薄膜,是高真空鍍鈦膜技術(shù)中是一種新穎的蒸鍍材料的熱源。

(3)高頻感應(yīng)蒸發(fā)源是利用蒸發(fā)材料在高頻電磁場的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流損失和磁滯損失,從而將鍍料金屬蒸發(fā)的蒸鍍技術(shù)。這種技術(shù)比電子束蒸發(fā)源蒸發(fā)速率更大,且蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定。

(4)激光束蒸發(fā)源蒸鍍技術(shù)是一種比較理想的薄膜制備辦法,利用激光器發(fā)出高能量的激光束,經(jīng)聚焦照射到鍍料上,使之受熱氣化。激光器可置于真空室外,避免了蒸發(fā)器對鍍材的污染,使膜層更純潔。同期聚焦后的激光束功率很高,可使鍍料達(dá)到極高的溫度,從而蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)的材料,乃至能夠使某些合金和化合物瞬時(shí)蒸發(fā),從而得到成份均勻的薄膜。

重點(diǎn)工藝流程:

真空蒸鍍有三層:底漆層(6~12um)+鍍膜層(1~2um)+面漆層(10um)

濺射鍍膜

濺射鍍膜指的是在真空室中,利用荷能粒子轟擊靶表面,使靶材的原子或分子從表面發(fā)射出來,從而在基片上沉積的技術(shù)。在濺射鍍鈦的實(shí)驗(yàn)中,電子、離子或中性粒子均可做為轟擊靶的荷能粒子,而因?yàn)?/span>離子在電場下易于加速并得到很強(qiáng)動能,因此通常是用Ar+做為轟擊粒子。

與傳統(tǒng)的蒸發(fā)鍍膜相比,濺射鍍膜能夠在低溫、低損害要求下實(shí)現(xiàn)高速沉積、附著力較強(qiáng)、制取高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜,在大面積連續(xù)基板上能夠制取均勻的膜層。濺射鍍膜被叫作能夠在任何基板上沉積任何材料的薄膜技術(shù),因此呢應(yīng)用非常廣泛。

濺射鍍膜有非常多種方式。按電極結(jié)構(gòu)、電極相對位置以及濺射的過程,能夠分為二極濺射、三極或四極濺射、磁控濺射、對向靶濺射、和ECR濺射。除此之外還按照制作各樣薄膜的需求改進(jìn)的濺射鍍膜技術(shù)。比較常用的有:

(1)在Ar中混入反應(yīng)氣體如O2、N2、CH4、C2H2等,則可制得鈦的氧化物、氮化物、碳化物等化合物薄膜的反應(yīng)濺射。

(2)在成膜的基板上施加直到500V的負(fù)電壓,使離子轟擊膜層的同期成膜,由此改善膜層致密性的偏壓濺射。

(3)在射頻電壓下,利用電子和離子運(yùn)動特征的區(qū)別,在靶表面感應(yīng)出負(fù)的直流脈沖,從而產(chǎn)生濺射的射頻濺射。這種技術(shù)Z早由1965年IBM機(jī)構(gòu)研制,對絕緣體能夠濺射鍍膜。  

(4)為了在更高的真空范圍內(nèi)加強(qiáng)濺射沉積速率,不是利用導(dǎo)入是氬氣,而是經(jīng)過部分被濺射的原子(如Cu)自己變成離子,對靶產(chǎn)生濺射實(shí)現(xiàn)鍍膜的自濺射鍍膜技術(shù)。

(5)在高真空下,利用離子源發(fā)出的離子束對靶濺射,實(shí)現(xiàn)薄膜沉積的離子束濺射。

其中由二極濺射發(fā)展而來的磁控濺射技術(shù),處理了二極濺射鍍膜速度比蒸鍍慢得多、等離子體的離化率低和基片的熱效應(yīng)等顯著問題。磁控濺射是此刻用于鈦膜材料的制備Z為廣泛的一種真空等離子體技術(shù),實(shí)現(xiàn)了在低溫、低損害要求下高速沉積。自2001年敗興,廣大的科技科研者致力于這方面的科研,成果明顯。

在鋼材、鎳、鈾、金剛石表面鍍鈦金屬薄膜,大大加強(qiáng)了鋼材、鈾、金剛石等材料的耐腐蝕性能,使得使用行業(yè)更加廣泛;而鎂做為硬組織移植材料,在近年來投入臨床運(yùn)用,當(dāng)在鎂表面鍍制一層鈦金屬薄膜,不僅加強(qiáng)了材料的耐蝕性,況且鈦生物體相容性好,比重小、毒性低、更易為人體所接受;在云母、硅片、玻璃等材料上鍍上鈦金屬薄膜,科研其對電磁波的反射、吸收、透射功效,針對有效太陽能吸收、電磁輻射、噪音屏蔽吸收和凈化等行業(yè)擁有重要道理。

除此之外,磁控濺射做為一種非熱式鍍膜技術(shù),重點(diǎn)應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積(CVD)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長困難及不適用的鈦薄膜沉積,能夠得到大面積非常均勻的薄膜。包含歐姆接觸Ti金屬電極薄膜及可用于柵絕緣層或擴(kuò)散勢壘層的TiN、TiO2等介質(zhì)薄膜沉積。

在現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)中,濺鍍包含Ti金屬、TiAl6V4合金、TiN、TiAlN、TiC、TiCN、TiAlOX、TiB2、等超硬材料,能有效的加強(qiáng)表面硬度、復(fù)合韌性、耐磨損性和抗高溫化學(xué)穩(wěn)定性能,從而大幅度地加強(qiáng)涂層制品運(yùn)用壽命,應(yīng)用越來越廣泛。

離子鍍

離子鍍Z早是由于D.M.Mattox在1963年提出的。在真空要求下,利用氣體放電使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)離化,在氣體離子或蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊功效同期,把蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物蒸鍍在基片上。

離子鍍是將輝光放電、等離子技術(shù)與真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)相結(jié)合的一門新型鍍膜技術(shù)。它兼具真空蒸鍍和濺射鍍膜的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)?/span>荷能粒子對基體表面的轟擊,能夠使膜層附著力強(qiáng),繞射性好,沉積速率高,對環(huán)境無污染等好處。

離子鍍的種類多種多樣,按照鍍料的氣化方式(電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、多弧加熱、高頻感應(yīng)加熱等)、氣化分子或原子的離化和激發(fā)方式(輝光放電型、電子束型、熱電子型、等離子電子束型等),以及區(qū)別的蒸發(fā)源與區(qū)別的電離方式、激發(fā)方式能夠非常多區(qū)別的組合方式。

總體來講比較常用的有:直流放電二極型、多陰極型、活性反應(yīng)蒸鍍(ARE)、空心陰極放電離子鍍(HCD)、射頻放電離子鍍(RFIP)、加強(qiáng)的ARE型、低壓等離子型離子鍍(LP-PD)、電場蒸發(fā)、感應(yīng)加熱離子鍍、多弧離子鍍、電弧放電型高真空離子鍍、離化團(tuán)束鍍等。

因?yàn)?/span>離子鍍膜層擁有非常優(yōu)良的性能,因此越來越受到人們的注重,尤其是離子鍍TiN、TiC在工具、模具的超硬鍍膜、裝飾鍍膜等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,并將占據(jù)越來越重要的地位。

在鐘表行業(yè),由于鈦無毒無污染,與人體皮膚接觸,不會導(dǎo)致過敏等不良反應(yīng),在表帶上沉積一層鈦膜還能起到表面裝飾的功效能夠做成金黃、黑色、灰色、紅棕色、橙色等非常多種顏色,增多美觀效果。

在機(jī)加工刀具方面,鍍制的TiN、TiC以其硬度高、耐磨性好,不粘刀等特性,使得刀具的運(yùn)用壽命可加強(qiáng)3~10倍,生產(chǎn)效率大大加強(qiáng)。

在固體潤滑膜方面,Z新研制的多相納米復(fù)合膜TiN-MoS2/Ti及TiN-MoS2/WSe2,這類薄膜擁有摩擦系數(shù)低,摩擦噪聲小,抗潮濕氧化能力較高,高低溫性能好,抗粉塵磨損能力較強(qiáng)及磨損壽命較長等特點(diǎn),被廣泛運(yùn)用于車輛零部件上。

與此同期,離子鍍鈦在航空航天,光學(xué)器件等行業(yè)應(yīng)用廣泛,收效明顯。

分子束外延

分子束外延(MBE)是一中很特殊的真空鍍膜工藝,是在10-8Pa的超高真空要求下,將薄膜的諸組分元素的分子束流,在嚴(yán)格的監(jiān)控之下,直接噴射到襯底表面。

MBE的明顯優(yōu)點(diǎn)在于能生長極薄的單晶膜層,并且能精確地掌控膜厚和組分與摻雜適于制作微波,光電和多層結(jié)構(gòu)器件,從而為制作集成光學(xué)和超大規(guī)模集成電路供給了有力手段。利用反應(yīng)分子束外延法制備TiO2薄膜時(shí),不需要思慮中間的化學(xué)反應(yīng),又不受質(zhì)量傳輸?shù)挠绊?,并且利用開閉擋板(快門)來實(shí)現(xiàn)對生長和中斷的瞬時(shí)掌控,因此呢膜的組分和摻雜濃度可隨著源的變化而快速調(diào)節(jié)。MBE的襯底溫度Z低,因此呢有減少自摻雜的優(yōu)點(diǎn)。

化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積是一種化學(xué)生長辦法,簡叫作CVD(Chemical Vapor Deposition)技術(shù)。這種辦法是把含有形成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片,利用加熱、等離子體、紫外光乃至激光等能源,借助氣相功效或在基片表面的化學(xué)反應(yīng)(熱分解或化學(xué)合成)生成需求的薄膜。

真空鍍鈦的CVD法中Z常用的便是等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)。利用低溫等離子體作能量源,樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上,利用輝光放電(或另加發(fā)熱體)使樣品升溫到預(yù)定的溫度,而后通入適量的反應(yīng)氣體,氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng),在樣品表面形成固態(tài)薄膜。

在等離子化學(xué)氣相沉積法中,等離子體中電子溫度高達(dá)104K,電子與氣相分子的碰撞能夠促進(jìn)氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程,生成活性很高的各樣化學(xué)基團(tuán),產(chǎn)生海量反應(yīng)活性物種而使全部反應(yīng)體系卻保持較低溫度。

而普通的CVD法沉積溫度高(通常為1100℃),當(dāng)在鋼材表面沉積氮化鈦薄膜時(shí),因?yàn)?/span>溫度很高,致使膜層與基體間常有脆性相顯現(xiàn),致使刀具的切削壽命降低。利用直流等離子化學(xué)氣相沉積法,在硬質(zhì)臺金上沉積TiN膜結(jié)構(gòu)與性能均勻。

真空鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

表面有較好的金屬質(zhì)感且細(xì)膩。

顏色較水電鍍可處理七彩色的問題如魔幻藍(lán)、閃銀燈;水電鍍顏色較單調(diào),通常僅有亮銀、亞銀等少許幾種。

基材材質(zhì)選擇范圍廣,如PC、ABS、PMMA,(水鍍只能選取ABS、ABS+PC)。

經(jīng)過鍍銦錫可做成半透的效果,燈光能夠制品中發(fā)出來。

不污染環(huán)境。

缺點(diǎn)

蒸鍍靶材受熔點(diǎn)限制,太高熔點(diǎn)的很難采用。

真空蒸鍍不外UV油,其附著力較差,要保準(zhǔn)真空蒸鍍的附著力,均需后續(xù)進(jìn)行特殊的噴涂處理。

真空鍍膜涂料

1.底漆

日前除了PET等少許幾種塑料材料不需要表面涂裝外,大都數(shù)塑料尤其是塊狀工程塑料在真空鍍膜之前均需進(jìn)行底涂預(yù)處理。底涂預(yù)處理是真空鍍膜前處理的一種,可有效加強(qiáng)鍍層的附著力、平整度等性能,如等離子處理改善了鍍層與基材的附著力。

底涂處在基材和真空鍍層之間,其功效重點(diǎn)有:

(1)經(jīng)過底涂封閉基材,防止真空鍍膜時(shí)基材中的揮發(fā)性雜質(zhì)逸出,影響鍍膜質(zhì)量;

(2)塑料表面較粗糙,底涂預(yù)處理后,可經(jīng)過涂層得到光滑平整的鏡面效果;

(3)在薄膜材料上預(yù)涂底漆可進(jìn)一步加強(qiáng)薄膜的阻隔性;

(4)預(yù)涂底漆有利于得到更厚的真空鍍層,展現(xiàn)出更高的反射效果和力學(xué)性能;

(5)某些表面極性較低的基材如PP等與鍍層的附著力較差,經(jīng)過底漆可得到較好的鍍層附著性;

(6)對某些耐熱性較差的塑料基材,底涂能夠起到必定的熱緩沖功效守護(hù)基材免遭熱致形變。

因?yàn)?/span>底漆位置于基材和鍍膜的中間,其性能應(yīng)當(dāng)滿足基材和真空鍍層兩方面的需求,詳細(xì)包含以下幾個(gè)方面:

(1)與塑料基材、真空鍍層均有較好的粘附性,這是做為真空鍍膜底漆應(yīng)具備的Z基本性能;  

(2)應(yīng)擁有良好的流平性,這是決定真空鍍層是不是擁有高光澤和鏡面效果的關(guān)鍵;

(3)不該含有揮發(fā)性小分子,重點(diǎn)指的是殘留單體、揮發(fā)性添加劑、揮發(fā)性雜質(zhì)和高沸點(diǎn)溶劑等,其在真空升溫環(huán)境下會逐步逸出,從多方面破壞鍍膜質(zhì)量和性能;  

(4)應(yīng)擁有必定的耐熱性,其熱膨脹性要和真空鍍層的熱脹冷縮性能相適應(yīng),抗熱形變和熱分解性能應(yīng)滿足真空鍍膜工藝的需求;  

(5)針對柔性基材,底涂應(yīng)擁有足夠的柔韌性,否則易導(dǎo)致鍍層連帶開裂,乃至崩脫。

2.面漆  

真空鍍層一般較薄(不超過0.2 μm),耐磨性等力學(xué)性能較差。面漆不僅起到守護(hù)鍍層的功效,還可賦予真空鍍膜制品良好的硬度、耐磨性等力學(xué)性能。面漆的重點(diǎn)性能需求包含:  

(1)對鍍層有較高的附著力,這是涂層起守護(hù)功效基本;

(2)應(yīng)擁有足夠的耐磨性,以守護(hù)極薄的真空鍍層免受機(jī)械擦傷;  

(3)擁有較高的阻隔性,即本身要擁有較好的耐水、耐腐蝕性及耐候性,阻止氧氣等對鍍膜有腐蝕性的物質(zhì)直接接觸真空鍍層,守護(hù)鍍層免受腐蝕;  

(4)面漆構(gòu)成本身不可含有可能腐蝕鍍層的組分或雜質(zhì);  

(5)針對需要明顯光亮度的真空鍍膜場合,面漆應(yīng)保準(zhǔn)有較高的透明性和表面光澤。

某些真空鍍膜工藝無需面漆,如鍍膜材料為鉻、不銹鋼時(shí),其鍍層耐腐蝕性好、硬度高且耐劃傷性強(qiáng),因此呢對制品性能需求不高時(shí),可不必涂裝面漆。

蒸發(fā)鍍膜穩(wěn)定性與均勻性的掌控

1、蒸鍍工藝方式的選取

熱電阻蒸鍍與電子束蒸鍍是Z為平常的蒸發(fā)鍍膜方式,其中熱電阻蒸鍍的原理是經(jīng)過電流加熱蒸發(fā)蒸發(fā)舟上的原料,而電子束蒸鍍的原理是經(jīng)過電子束加熱蒸發(fā)水冷坩堝上的原料。

熱電阻蒸鍍的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡單、價(jià)格低、靠譜性較高,對原料預(yù)熱充分,不易引起化合物原料分解,其缺點(diǎn)在于能達(dá)到的溫度不高,加熱器運(yùn)用壽命不長。

電子束蒸鍍的優(yōu)點(diǎn)在于能達(dá)到的溫度更高,蒸發(fā)速度快,但缺點(diǎn)是難以有效掌控電流,容易引起低熔點(diǎn)材料快速蒸發(fā),且電子束能量多被水冷系統(tǒng)帶走,熱效率低,電子束轟擊還容易導(dǎo)致化合物原料的分解,坩堝存在污染原料的可能性,另一會產(chǎn)生對人體有害的X射線。

因此呢詳細(xì)的真空鍍膜生產(chǎn)工作中,咱們能夠按照以上分析來選取適宜的蒸發(fā)鍍設(shè)備和工藝方式,例如MgF2的熔點(diǎn)僅有1261℃,思慮到熔點(diǎn)低如選擇電子束蒸鍍很難掌控預(yù)蒸鍍時(shí)間和電流,容易蒸鍍不均勻且產(chǎn)生殘留原料,原料易受坩堝的污染。因而更適合運(yùn)用熱電阻蒸鍍的方式,能夠調(diào)節(jié)電流來充分預(yù)蒸鍍,先消除原料中的雜質(zhì),避免直接蒸鍍原料受熱不均引起的噴濺,從而能夠保準(zhǔn)蒸鍍的穩(wěn)定性和均勻性。

2、蒸鍍時(shí)間與溫度的掌控  

蒸發(fā)鍍的實(shí)質(zhì)工作經(jīng)驗(yàn)告訴咱們,原料充足狀況下鍍膜厚度與蒸鍍時(shí)間呈線性關(guān)系,這顯示高真空狀況下蒸鍍速率比較均勻。而基片的溫度,一般對鍍膜厚度影響不大,其原由在于高真空環(huán)境下分子間碰撞很小,蒸發(fā)分子遇基片表面快速凝結(jié)。因此呢如MgF2原料的蒸鍍基片溫度一般保持60℃就可。

3、原料狀態(tài)的影響  

區(qū)別的原料狀態(tài)可能會對蒸鍍過程導(dǎo)致很強(qiáng)的影響。實(shí)驗(yàn)科研成果顯示:  

在蒸鍍要求一致的前提下,粉末狀的原料狀態(tài)結(jié)構(gòu)松散,原料內(nèi)的水與空氣較多,實(shí)質(zhì)蒸鍍前應(yīng)充分溶解原料,原料質(zhì)量損失相對很強(qiáng),光照度較差;多晶顆粒的原料狀態(tài)因?yàn)?/span>生產(chǎn)過程已然除氣脫水,結(jié)構(gòu)均勻致密,實(shí)質(zhì)蒸鍍前原料質(zhì)量損失相對較小,光照度較好。

實(shí)質(zhì)蒸鍍中咱們發(fā)掘,單晶原料蒸鍍的薄膜構(gòu)成形式為大分子團(tuán),冷卻后形成大顆粒柱狀結(jié)構(gòu),薄膜結(jié)構(gòu)疏松,耐磨性差,而多晶原料薄膜為小分子沉積,更適宜于用作蒸鍍原料。

4、蒸發(fā)源與基片間距的影響  

蒸發(fā)源與基片間距會對薄膜均勻性等導(dǎo)致必定影響,按照實(shí)質(zhì)鍍膜經(jīng)驗(yàn),蒸發(fā)源與基片間距較小的狀況下,薄膜厚度相對更大,均勻性相對更好。因此呢實(shí)質(zhì)鍍膜生產(chǎn)中,咱們需要思慮怎樣恰當(dāng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)源與基片的間距,保證各區(qū)域的基片與蒸發(fā)源間距Z佳。

綜上所述,區(qū)別方式的蒸鍍工藝,區(qū)別蒸鍍時(shí)間,區(qū)別原料狀態(tài),以及蒸發(fā)源與基片間距,都會對蒸鍍質(zhì)量帶來必定影響。因此呢需要在蒸鍍過程中選擇Z為適合的原料和工藝方式。

移動終端中的真空鍍膜應(yīng)用 手機(jī)背板裝飾鍍因?yàn)?/span>5G更加多的采用了高頻信號,對高頻信號屏蔽顯著的金屬(導(dǎo)電)手機(jī)背板材料確定退出了市場舞臺,取而代之的是玻璃背板和陶瓷背板。因?yàn)?/span>沒法運(yùn)用傳統(tǒng)的陽極氧化鋁合金染色工藝,光學(xué)裝飾鍍作為玻璃染色的首選工藝。而陶瓷背板將磁控濺射做為印制logo、裝飾條紋的首選方法。電磁屏蔽膜5G時(shí)代Massive MIMO天線數(shù)量多,高頻高速趨勢顯著,對電磁屏蔽需要進(jìn)一步加強(qiáng)[7] 。電磁屏蔽膜重點(diǎn)以卷繞式磁控濺射方式生產(chǎn)。

方邦股份電磁屏蔽膜攝像頭和濾光片從3G-4G-5G,每一代的通信網(wǎng)絡(luò)都支持了更大信息量的吞吐,反應(yīng)在終端上,主流手機(jī)無一例外的增多了攝像頭數(shù)量,單個(gè)攝像頭的像素提高作為明顯趨勢。在這一趨勢下,手機(jī)攝像頭的鏡頭數(shù)和紅外截止濾光片數(shù)量明顯增多,大大增多了光學(xué)鍍膜的需要量。AR/VR設(shè)備Gartner新興技術(shù)曲線2017

Gartner新興技術(shù)曲線2018從4G時(shí)代敗興,智能手機(jī)似乎進(jìn)入瓶頸,所有人皆想曉得下一代消費(fèi)電子終端會是什么。而這其中呼聲最高的莫過于VR/AR/MR,并且在似乎曇花一現(xiàn)的綻放后,VR/AR設(shè)備已然低調(diào)地跨過了泡泡破裂后的沉默低谷,逐步以更成熟的技術(shù)和商場化出此刻人們面前。無論是VR/AR還是MR,其核心特性都是新型表示系統(tǒng)。除了基本的圖像供給器件(微表示)之外,最為核心的便是近眼表示(Near-eye Display)光學(xué)透鏡組(lenses)。微表示重點(diǎn)是Micro-OLED/Micro-LED/超高分辨率LCD等,咱們將在后續(xù)的文案觸及這些行業(yè),本文中重點(diǎn)探討光學(xué)鍍膜關(guān)聯(lián)的透鏡組。AR的透鏡方法日前重點(diǎn)有棱鏡、自由曲面、光波導(dǎo)幾種方法,以平面光波導(dǎo)為主流。日前平面光波導(dǎo)(幾何)重點(diǎn)經(jīng)過光學(xué)鍍膜制造。VR透鏡日前重點(diǎn)是菲涅爾透鏡,重點(diǎn)需要兩類真空鍍膜,鏡片內(nèi)側(cè)的防霧氣鍍膜,鏡片減反射鍍膜。2、重點(diǎn)CVD技術(shù)概述CVD技術(shù),指的是經(jīng)過氣體之間的化學(xué)反應(yīng),在基片(一般需要加熱)表面或周邊形成固態(tài)沉積物的工藝過程。在實(shí)質(zhì)運(yùn)用中,CVD技術(shù)觸及到熱力學(xué)、等離子體理學(xué)、分子動力學(xué)、流體力學(xué)和化學(xué)等多學(xué)科的知識。在CVD過程中,氣體之間可觸及的化學(xué)反應(yīng)包含熱解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、水解反應(yīng)、歧化功效、碳化氮化等。一般運(yùn)用溫度來為前驅(qū)體供給化學(xué)反應(yīng)的能量,然則能夠用等離子體、激光、微波等方式來供給能量,幫忙前驅(qū)體跨越反應(yīng)勢壘。較為重要的CVD技術(shù)包含以下幾種:

LPCVD(Low Pressure CVD)

LPCVD重點(diǎn)指氣壓在Torr數(shù)量級的氣壓下,以掌控產(chǎn)率方式出現(xiàn)反應(yīng),相比APCVD,供給了更好的臺階覆蓋性和更高純度,在0.25-2Torr下一般用于制備化合物半導(dǎo)體、金屬化和鈍化層 ,20Torr周邊運(yùn)用硅烷沉積非晶硅。

PECVD(Plasma Enhanced CVD)

PECVD能夠認(rèn)為是LPCVD的一種,在LPCVD的環(huán)境下,運(yùn)用等離子體來活化前驅(qū)體,能夠使CVD在低溫下(250℃~350℃)生成薄膜。一方面熱損失少,一方面控制了氣體和襯底材料之間的反應(yīng),同期能夠適用于不耐高溫的材料。詳細(xì)細(xì)分又能夠分為微波PECVD和射頻PECVD等。初期該技術(shù)曾經(jīng)被叫作作“輝光放電沉積”,后又被叫作作“等離子體CVD”,最后定名為PECVD(Plasma Enhanced CVD)PACVD(Plasma assisted CVD)。該技術(shù)最早由M. Berthelot在1869年提出設(shè)想,1953年H. Schmellenmeier 就用該技術(shù)制備了DLC涂層。

熱絲CVD(Hot Filament CVD/Hot Wire CVD/Cat-CVD)

熱絲CVD常用于沉積高分子薄膜,將單體蒸發(fā)后在基片表面冷卻聚合。熱絲CVD被用于沉積DLC,重點(diǎn)的前驅(qū)體為甲烷等碳?xì)浠衔铩?span style="color: green;">ALD(Atomic Layer Deposition)
ALD能夠認(rèn)為是LPCVD的一種,然則ALD與傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)區(qū)別的是,所用的氣相前驅(qū)體經(jīng)過交替脈沖的方式進(jìn)入反應(yīng)腔,前驅(qū)體彼此在氣相中不相遇,經(jīng)過惰性氣體(Ar、N2)沖洗隔開并實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體在基片表面的單層飽和吸附反應(yīng)。其反應(yīng)屬于自限制性反應(yīng),即當(dāng)一種前驅(qū)體與另一種前驅(qū)體反應(yīng)達(dá)到飽和時(shí),反應(yīng)自動終止?;谠訉由L的自限制性特點(diǎn),以原子層沉積制備的薄膜擁有優(yōu)異的厚度掌控性能,能夠經(jīng)過掌控脈沖的周期數(shù)來精確的掌控薄膜生長的厚度。在具備高深寬比結(jié)構(gòu)(如深孔)的物質(zhì)表面,ALD辦法擁有最好的臺階覆蓋性。因?yàn)?/span>前驅(qū)體是經(jīng)過交替脈沖的方式進(jìn)入反應(yīng)腔,原子層沉積中,薄膜的生長是以一種周期性的方式進(jìn)行的。一個(gè)周期包含四個(gè)周期第1種前驅(qū)體蒸汽通入反應(yīng)腔體;惰性氣體沖洗;第二種前驅(qū)體蒸汽通入反應(yīng)腔體;惰性氣體沖洗。每一個(gè)周期薄膜生長必定的厚度,經(jīng)過掌控這種周期的次數(shù)能夠得到所需厚度的薄膜。等離子體聚合(Plasma Polymerization—PP)借助高分子合成行業(yè)的成果,倘若運(yùn)用有機(jī)物做為前驅(qū)體,就能夠得到幾乎所有有機(jī)化合物或有機(jī)金屬化合物的聚合體。運(yùn)用這種辦法能夠得到無針孔、三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)物薄膜,況且臺階覆蓋性非常好。這種辦法一般用于天然高分子材料表面處理如羊毛皮革的潤濕性和染色性,能夠用于材料表面親水性處理,還能夠用來制作守護(hù)膜。派瑞林熱區(qū)制程(Parylene Hot Zone Process)該制程最早由Michael M. Swarc在1940年代發(fā)明,用于鍍制ParyleneN,后來經(jīng)過數(shù)次改良。這種CVD辦法是將氣壓約為1Torr的派瑞林的雙體氣體經(jīng)過熱區(qū)(約為680℃),在高溫下派瑞林雙體蒸汽會變?yōu)閱误w蒸汽,最后單體蒸汽在沉積物表面上沉積成保型涂層,即擁有完美的臺階覆蓋能力。因?yàn)?/span>派瑞林具備良好的介電性能、隔水性能、生物親和力,因此呢被廣泛的用于微電子集成電路、印刷電路板、生物醫(yī)用電子、MEMS和傳感器等行業(yè)。重點(diǎn)PVD技術(shù)概述PVD日前最廣泛運(yùn)用重點(diǎn)是有蒸發(fā)鍍膜(Vacuum Evaporating)、磁控濺射鍍膜(Sputtering)和多弧離子鍍(Arc Vapor Deposition)三類辦法,其他原子級辦法如MBE在本文中不做仔細(xì)論述。蒸發(fā)鍍膜(Vacuum Evaporating)蒸發(fā)鍍膜一般而言便是必定的真空鍍下,將膜材料氣化,從而沉積到薄膜表面的過程。其核心是較高的真空度(e-4torr)和加熱方式。日前最為常用的加熱方式為電阻蒸發(fā),和用于熔點(diǎn)1500℃以上的物質(zhì)的電子束蒸發(fā),結(jié)構(gòu)如圖所示。一種平常的電子轉(zhuǎn)向270°的電子束蒸發(fā)安裝原理圖蒸發(fā)鍍膜的最明顯的缺點(diǎn)重點(diǎn)是蒸發(fā)出的原子能量較低,因此呢僅僅用蒸發(fā)形成的膜層填充率要小于濺射鍍膜,低的填充率容易導(dǎo)致薄膜性能不穩(wěn)定和附著力較差的問題;另外因?yàn)?/span>日前廣泛運(yùn)用的電子束蒸發(fā)源為點(diǎn)蒸發(fā)源,從下圖能夠看到,點(diǎn)蒸發(fā)源的膜厚非常明顯的隨著方向變化。在實(shí)質(zhì)生產(chǎn)中,常常運(yùn)用傘形工件架來得到大的可鍍面積,然則其可鍍面積基本上和設(shè)備的占地面積成正比,相比滾筒式磁控濺射(可鍍面積正比于:設(shè)備占地面積×設(shè)備高度)產(chǎn)能較低;蒸發(fā)鍍膜的第三個(gè)缺點(diǎn)在于鍍制合金和混合物時(shí)候很難做到均勻,因?yàn)?/span>拉烏爾定律,一種物質(zhì)的蒸發(fā)速度和其飽和蒸氣壓成正比,例如在鍍制Cu-Au合金時(shí),膜層起始的Au成份比例偏高,鍍制到后面Cu比例偏高,在膜層中形成合金濃度梯度。蒸發(fā)的這個(gè)特性有時(shí)候會變成優(yōu)點(diǎn)(例如梯度合金可能會有特定用途),然則更加多時(shí)候?yàn)榱藦浹a(bǔ)這種濃度梯度的變化,需要安置一個(gè)額外的賠償蒸發(fā)源,增多了系統(tǒng)的繁雜性。蒸發(fā)鍍膜的優(yōu)點(diǎn)首要在于蒸發(fā)成膜的速度較快,最快能夠達(dá)到100埃/s的薄膜沉積速率,是濺射鍍膜速度的100倍。因此呢在對膜層均勻性、致密度需求不高的行業(yè)常用電子束蒸發(fā)卷繞鍍膜,多用于包裝材料的鍍鋁等大幅面低質(zhì)量應(yīng)用。除了以上所述的蒸發(fā)技術(shù),蒸發(fā)鍍膜技術(shù)還包含用于小區(qū)域沉積的Beam Vapor,能夠用于鍍制線材的Confined Vapor,利用激光等手段瞬間加熱一小塊蒸發(fā)料的閃蒸法(Flash Evaporate /Pulsed Laser Deposition)這里不做仔細(xì)論述。電子束熱蒸發(fā)鍍膜是2000年-2015年間最為主流的鍍膜方式,是利用電子束來加熱局部蒸發(fā)料,使膜成份以原子團(tuán)離子的形式蒸發(fā)出來,經(jīng)過成膜過程沉積在基片表面形成薄膜。電子束蒸發(fā)鍍膜是最為傳統(tǒng)的光學(xué)鍍膜方式,低端機(jī)時(shí)候做透鏡尤其是塑膠透鏡AR鍍膜;輔以晶控/光控,離子束輔助沉積后,能夠做出質(zhì)量較高的CWDM/940/熒光顯微鏡級別的濾光片。電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)日前蒸發(fā)式鍍膜機(jī)以日本光馳OTFC-1300/1550/1800(選配離子束輔助沉積、選配光控晶控、濾光片方向、水晶光電的主力機(jī)型)、日本光馳Gener1300/2350(普通光學(xué)鏡片方向)為表率日前最為繁雜的鍍膜技術(shù)分子束外延MBE(Molecular Beam Epitaxy,叫作作VPE,Vapor Phase Epitaxy)能夠算是一種蒸發(fā)鍍膜技術(shù),只是真空度需要從e-4Torr提高到e-10Torr,同期嚴(yán)密監(jiān)控蒸發(fā)腔內(nèi)的蒸汽狀態(tài),并運(yùn)用RHEED(反射電鏡)HEED等手段實(shí)施監(jiān)控晶體外延生長情況,日前MBE僅僅用于半導(dǎo)體制造。

濺射鍍膜(Sputtering)

濺射鍍膜做為一種非常有效的薄膜沉積辦法,被廣泛和成功地應(yīng)用于許多方面。其特點(diǎn)可歸納為:可制備成靶材的各樣材料均可做為薄膜材料,包含各樣金屬、半導(dǎo)體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷、聚合物等物質(zhì),尤其適合高熔點(diǎn)和低蒸氣壓的材料沉積鍍膜;可經(jīng)過多元靶材一起濺射的方式形成化合物薄膜;經(jīng)過掌控氣壓、濺射功率,基本上能夠得到穩(wěn)定的沉積速率;進(jìn)一步經(jīng)過掌控鍍膜時(shí)間,容易得到均勻的高精度的膜厚,且重復(fù)性好;基片與膜的附著強(qiáng)度是通常蒸鍍膜的10倍以上,且因?yàn)?/span>濺射粒子帶有高能量,在成膜面會繼續(xù)表面擴(kuò)散得到硬且致密的薄膜,同期高能量使基片只要較低的溫度就可結(jié)晶;薄膜形成初期成核密度高,能夠產(chǎn)生厚度10nm以下的極薄連續(xù)膜。因?yàn)?/span>磁控濺射鍍膜的以上特性,其被廣泛的用于制備超硬膜、耐腐蝕摩擦薄膜、超導(dǎo)薄膜、磁性薄膜、光學(xué)薄膜以及微電子薄膜(集成電路中晶體管的金屬電極層),逐步作為了制造許多制品的一種常用手段,并在近期十幾年,發(fā)展出一系列新的濺射技術(shù)。在光學(xué)行業(yè)產(chǎn)生了對靶濺射、反應(yīng)濺射(分區(qū)氧化射頻離子源反應(yīng)濺射)、離子源直接濺射等適用與區(qū)別精度的工藝,而在工具鍍行業(yè)的最重點(diǎn)發(fā)展是HIPIMS技術(shù)部分處理了磁控濺射制造工具鍍層速度太慢的問題,以及VEECO發(fā)明了離子束濺射辦法

磁控濺射沉積的重點(diǎn)優(yōu)良有:

①粒子能量高,得到的薄膜結(jié)構(gòu)致密穩(wěn)定,不會顯現(xiàn)電子束熱蒸發(fā)鍍膜顯現(xiàn)的波長漂移等現(xiàn)象;

因?yàn)?/span>能夠設(shè)置為滾筒式磁控濺射,能夠用真空腔的圓柱側(cè)表面積來衡量可鍍面積,在較低的沉積速率下,在手機(jī)裝飾鍍等行業(yè)得到了比蒸發(fā)鍍膜更高的生產(chǎn)效率;

③濺射相較于蒸發(fā)膜層折射率穩(wěn)定,因此呢能夠運(yùn)用鍍膜時(shí)間來掌控膜層的光學(xué)厚度。

得到致密膜層無需對薄膜進(jìn)行加熱,適用于PET膜等耐溫不超過100℃的材料。

⑤工藝一旦調(diào)成重復(fù)性非常高;

磁控濺射的缺點(diǎn)重點(diǎn)是:

①成膜的沉積速率要小于蒸發(fā)鍍膜(然則以上被可鍍面積彌補(bǔ));

②射出粒子能量高,形成薄膜應(yīng)力大,不適合于塑膠鏡片(常用材料為PC)等較為柔軟的基材。

③設(shè)備結(jié)構(gòu)相對繁雜,價(jià)格較為昂貴。

④濺射鍍膜相對蒸發(fā)鍍膜而言工程師基本較差,非常多“鍍膜師傅”有蒸發(fā)機(jī)經(jīng)驗(yàn)而無濺射機(jī)經(jīng)驗(yàn)。

LeyboldHelios原理圖

日前磁控濺射行業(yè)表率型設(shè)備為Leybold Helios和光馳的NSC系列,除了本身具備磁控濺射之外,還加入了氧化功能,即先經(jīng)過磁控濺射鍍制純物質(zhì)如鈮、硅,而后經(jīng)過氧氣、氮?dú)鈱⑵溲趸癁槿趸墶iO2,SiN等光學(xué)介質(zhì)。其中Leybold Helios為運(yùn)用了APS離子源做氧化的反應(yīng)濺射,產(chǎn)能小然則精度較高,日前能夠做CWDM濾波片。光馳的NSC系列重點(diǎn)采用分區(qū)氧化的方式,運(yùn)用的是誘導(dǎo)耦合離子源(ICP),更適合做手機(jī)背板裝飾鍍。近年來濺射技術(shù)的發(fā)展受到磁控濺射的啟發(fā),VEECO研發(fā)了離子束直接濺射鍍膜,日前僅有國內(nèi)的杰徠特真空仿制其設(shè)備路線。重點(diǎn)原理是運(yùn)用均一性很好的離子束直接轟擊靶材,將靶材上的材料轟擊出來,沉積在基片上面形成薄膜。因?yàn)?/span>轟擊的材料均勻性很好,鍍膜速度較慢,該設(shè)備對膜層掌控精度很高,適合于鍍制DWDM等200層以上的高精度濾光片。離子束直接濺射原理示意圖

電弧/多弧離子鍍(Arc Vapor Deposition)

電弧離子鍍是一種利用電極放電產(chǎn)生電弧,從而使膜材氣化的鍍膜手段,最早的工業(yè)化應(yīng)用在1970s發(fā)源于前蘇聯(lián),后來在1980s在西方國家得到應(yīng)用 。在電弧離子鍍中,電弧產(chǎn)生的高溫快速的將待鍍物質(zhì)氣化成份子團(tuán)和液滴,而后在強(qiáng)電場下電離并飛往被鍍物,形成鍍層。根據(jù)拉弧方式能夠將電弧離子鍍分為真空電弧(Vacuum Arc)、陰極?。–atholic)離子鍍、陽極弧(Anodic)離子鍍和高氣壓電?。℅aseous Arc)。高氣壓電弧(Gaseous Arc)常常用于噴涂、焊接和電火花鍍(一種電火花強(qiáng)化辦法)中。

多弧離子鍍的結(jié)構(gòu)示意和原理(Vacuum Arc)示意陰極弧離子鍍的設(shè)備重點(diǎn)包含陰極弧源(靶材)、真空鍍膜室、基片、負(fù)偏壓電源、真空系統(tǒng)等。其中核心為陰極弧源(多需要水冷)。工作過程中陰極弧源(靶材)首要進(jìn)行表面拉弧燒蝕,將靶材變成等離子體,而后靶材材料等離子體在負(fù)偏壓電位的功效下飛向基片(工件)并沉積在基片(工件表面。)多弧離子鍍的沉積材料由細(xì)小的電弧燒蝕產(chǎn)生,靶材離化率高,沉積速度快。然則缺點(diǎn)是在燒蝕靶材的時(shí)候倘若電弧不均勻,靶材極易飛出微小的帶電液滴(Macros),將大大影響在基片(工件)表面沉積的質(zhì)量。日前掌控多弧離子鍍的重點(diǎn)手段在于掌控陰極電弧的形態(tài)。陰極弧離子鍍和陽極弧離子鍍原理圖較為常用的一種工藝形式是將陰極弧離子鍍功能與濺射功能組合,經(jīng)過調(diào)節(jié)磁場的辦法來切換兩種鍍膜模式。一般用帶過濾液滴的陰極弧離子鍍來做前處理,例如用Cr離子轟擊鋼材表面形成清洗、滲透的效果,而后運(yùn)用磁控濺射完成CrN鍍層,能夠明顯提高鍍層的附著力與組織金相。

電子束蒸發(fā)鍍膜原理

電子束蒸發(fā)是一種理學(xué)氣相沉積 (PVD)技術(shù),它在真空下利用電子束直接加熱蒸發(fā)材料(一般是顆粒),并將蒸發(fā)的材料傳送到基板上形成一個(gè)薄膜。電子束蒸鍍能夠鍍出高純度、高精度的薄膜。

電子束蒸發(fā)工作流程

電子束蒸發(fā)是基于鎢絲的蒸發(fā)。大約 5 到 10 kV 的電流經(jīng)過鎢絲(位置于沉積區(qū)域外以避免污染)并將其加熱到出現(xiàn)電子熱離子發(fā)射的點(diǎn)。運(yùn)用永磁體或電磁體將電子聚焦并導(dǎo)向蒸發(fā)材料(安置在坩堝中)。在電子束撞擊蒸發(fā)丸表面的過程中,其動能轉(zhuǎn)化為熱量,釋放出高能量(每平方英寸數(shù)百萬瓦以上)。因此呢,容納蒸發(fā)材料的爐床必須水冷以避免熔化。

電子束蒸發(fā)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

電子束蒸發(fā)能夠蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料,比通常電阻加熱蒸發(fā)效率更高。電子束蒸發(fā)可廣泛用于高純薄膜和導(dǎo)電玻璃等光學(xué)鍍膜。它還擁有用于航空航天工業(yè)的耐磨和熱障涂層、切削和工具工業(yè)的硬涂層的潛在工業(yè)應(yīng)用。然而,電子束蒸發(fā)不可用于涂覆繁雜幾何形狀的內(nèi)表面。另外,電子槍中的燈絲退化可能引起蒸發(fā)速率不均勻。

電子束蒸發(fā)應(yīng)用

電子束蒸發(fā)因其高沉積速率和高材料利用效率而被廣泛應(yīng)用于各樣應(yīng)用中。例如,高性能航空航天和汽車行業(yè),對材料的耐高溫和耐磨性有很高的需求;耐用的工具硬涂層;和化學(xué)屏障和涂層,以守護(hù)腐蝕環(huán)境中的表面。電子束蒸發(fā)用于光學(xué)薄膜,包含激光光學(xué)、太陽能電池板、玻璃和建筑玻璃,以賦予它們所需的導(dǎo)電、反射和透射特性。

電子束蒸發(fā)VS熱蒸發(fā)

電子束蒸發(fā)與熱蒸發(fā)最大的區(qū)別在于:電子束蒸發(fā)是用一束電子轟擊物體,產(chǎn)生高能量進(jìn)行蒸發(fā), 熱蒸發(fā)經(jīng)過加熱完成這一過程。與熱蒸發(fā)相比,電子束蒸發(fā)供給了高能量;但將薄膜的厚度掌控在 5nm 量級將是困難的。在這種狀況下,帶有厚度監(jiān)控器的良好熱蒸發(fā)器將更合適。

與熱蒸發(fā)相比,電子束蒸發(fā)擁有許多優(yōu)點(diǎn)

電子束蒸發(fā)能夠將材料加熱到比熱蒸發(fā)更高的溫度。這準(zhǔn)許高溫材料和難熔金屬(例如鎢、鉭或石墨)的非常高的沉積速率和蒸發(fā)。

電子束蒸發(fā)能夠沉積更薄、純度更高的薄膜。坩堝的水冷將電子束加熱嚴(yán)格限制在僅由源材料占據(jù)的區(qū)域,從而消除了相鄰組件的任何不必要的污染。

電子束蒸發(fā)源有各樣尺寸和配置,包含單腔或多腔。

磁控濺射鍍膜技術(shù)與原理

磁控濺射技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用,是由于該技術(shù)有別于其它鍍膜辦法的特點(diǎn)所決定的。其特點(diǎn)可歸納為:可制備成靶材的各樣材料均可做為薄膜材料,包含各樣金屬、半導(dǎo)體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷等物質(zhì),尤其適合高熔點(diǎn)和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當(dāng)要求下多元靶材共濺射方式,可沉積所需組分的混合物、化合物薄膜;在濺射的放電氣中加入氧、氮或其它活性氣體,可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜;掌控真空室中的氣壓、濺射功率,基本上可得到穩(wěn)定的沉積速率,經(jīng)過精確地掌控濺射鍍膜時(shí)間,容易得到均勻的高精度的膜厚,且重復(fù)性好;濺射粒子幾乎不受重力影響,靶材與基片位置可自由安排;基片與膜的附著強(qiáng)度是通常蒸鍍膜的10倍以上,且因?yàn)?/span>濺射粒子帶有高能量,在成膜面會繼續(xù)表面擴(kuò)散而得到硬且致密的薄膜,同期高能量使基片只要較低的溫度就可得到結(jié)晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生產(chǎn)厚度10nm以下的極薄連續(xù)膜。

磁控濺射工作原理:

磁控濺射屬于輝光放電范疇,利用陰極濺射原理進(jìn)行鍍膜。膜層粒子源自于輝光放電中,氬離子對陰極靶材產(chǎn)生的陰極濺射功效。氬離子將靶材原子濺射下來后,沉積到元件表面形成所需膜層。磁控原理便是采用正交電磁場的特殊分布掌控電場中的電子運(yùn)動軌跡,使得電子在正交電磁場中變成為了擺線運(yùn)動,因而大大增多了與氣體分子碰撞的幾率。

濺射機(jī)理:

用高能粒子(大都數(shù)是由于電場加速的氣體正離子)撞擊固體表面(靶),使固體原子(分子)從表面射出的現(xiàn)象叫作為濺射。濺射現(xiàn)象很早就為人們所認(rèn)識,經(jīng)過前人的海量實(shí)驗(yàn)科研,咱們對這一重要理學(xué)現(xiàn)象得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)濺射率隨入射離子能量的增多而增大;而在離子能量增多必定程度時(shí),因?yàn)?/span>離子注入效應(yīng),濺射率將隨之減小;(2)濺射率的體積與入射粒子的質(zhì)量相關(guān):(3)當(dāng)入射離子的能量小于某一臨界值(閥值)時(shí),不會出現(xiàn)濺射;(4)濺射原子的能量比蒸發(fā)原子的能量大許多倍;(5)入射離子的能量很低時(shí),濺射原子角分布就不完全符合余弦分布規(guī)律。角分布還與入射離子方向相關(guān)。從單晶靶濺射出來的原子趨向于集中在晶體密度最大的方向。(6)由于電子的質(zhì)量很小,因此即使運(yùn)用擁有極高能量的電子轟擊靶材不會產(chǎn)生濺射現(xiàn)象。因?yàn)?/span>濺射是一個(gè)極為繁雜理學(xué)過程,觸及原因非常多,長時(shí)間敗興針對濺射機(jī)理雖然進(jìn)行了非常多科研,提出過許多的理論,但都難以完善地解釋濺射現(xiàn)象。

輝光放電:

輝光放電是在真空度約為一的稀薄氣體中,兩個(gè)電極之間加上電壓時(shí)產(chǎn)生的一種氣體放電現(xiàn)象。濺射鍍膜基于荷能離子轟擊靶材時(shí)的濺射效應(yīng),而全部濺射過程都是創(chuàng)立在輝光放電的基本之上的,即濺射離子都源自于氣體放電。區(qū)別的濺射技術(shù)所采用的輝光放電方式有所區(qū)別,直流二極濺射利用的是直流輝光放電,磁控濺射是利用環(huán)狀磁場掌控下的輝光放電。

如圖所示為一個(gè)直流氣體放電體系,在陰陽兩極之間由電動勢為的直流電源供給電壓和電流,并以電阻做為限流電阻。在電路中,各參數(shù)之間應(yīng)滿足下述關(guān)系:V=E-IR使真空容器中Ar氣的壓力保持必定,并逐步加強(qiáng)兩個(gè)電極之間的電壓。在起始時(shí),電極之間幾乎電流經(jīng)過,由于此時(shí)氣體原子大多仍處在中性狀態(tài),僅有極少量的電離粒子在電場的功效下做定向運(yùn)動,形成極為微弱的電流,即圖(b)中曲線的起始周期所示的那樣。隨著電壓逐步上升,電離粒子的運(yùn)動速度隨之加快,即電流隨電壓提升增多。當(dāng)這部分電離粒子的速度達(dá)到飽和時(shí),電流再也不隨電壓上升增多。此時(shí),電流達(dá)到了一個(gè)飽和值(對應(yīng)于圖曲線的第1個(gè)垂直段)。

當(dāng)電壓繼續(xù)上升時(shí),離子與陰極之間以及電子與氣體分子之間的碰撞變得重要起來。在碰撞趨于頻繁的同期,外電路轉(zhuǎn)移給電子與離子的能量逐步增多。一方面,離子針對陰極的碰撞將使其產(chǎn)生二次電子的發(fā)射,而電子能量增多到足夠高的水平,它們與氣體分子的碰撞起始引起后者出現(xiàn)電離,如圖(a)所示。這些過程均產(chǎn)生新的離子和電子,即碰撞過程使得離子和電子的數(shù)目快速增多。此時(shí),隨著放電電流的快速增多,電壓的變化卻不大。這一放電周期叫作為湯生放電。

在湯生放電周期的后期,放電起始進(jìn)入電暈放電周期。此時(shí),在電場強(qiáng)度較高的電極尖端部位起始顯現(xiàn)有些跳躍的電暈光斑。因此呢,這一周期叫作為電暈放電。

在湯生放電周期之后,氣體會忽然出現(xiàn)放電擊穿現(xiàn)象。此時(shí),氣體起始具備了相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力,咱們將這種具備了必定的導(dǎo)電能力的氣體叫作為等離子體。此時(shí),電路中的電流大幅度增多,同期放電電壓卻有所下降。這是因?yàn)?/span>此時(shí)的氣體被擊穿,因而氣體的電阻將隨著氣體電離度的增多明顯下降,放電區(qū)由原來只集中于陰極邊緣和不規(guī)則處變成向全部電極表面擴(kuò)展。在這一周期,氣體中導(dǎo)電粒子的數(shù)目海量增多,粒子碰撞過程伴同的能量轉(zhuǎn)移足夠地大,因此呢放電氣體會發(fā)出顯著的輝光。

電流的繼續(xù)增多將使得輝光區(qū)域擴(kuò)展到全部放電長度上,同期,輝光的亮度持續(xù)加強(qiáng)。當(dāng)輝光區(qū)域充滿了兩極之間的全部空間之后,在放電電流繼續(xù)增多同期,放電電壓又開始提升。以上的兩個(gè)區(qū)別的輝光放電周期常被叫作為正常輝光放電和反常輝光放電周期反常輝光放電是通常薄膜濺射或其他薄膜制備辦法經(jīng)常采用的放電形式,由于能夠供給面積很強(qiáng)、分布較為均勻的等離子體,有利于實(shí)現(xiàn)大面積的均勻?yàn)R射和薄膜沉積。

磁控濺射:

平面磁控濺射靶采用靜止電磁場,磁場為曲線形。其工作原理如下圖所示。電子在電場功效下,加速飛向基片的過程中與氫原子出現(xiàn)碰撞。若電子擁有足夠的能量(約為30eV)。時(shí),則電離出Ar+并產(chǎn)生電子。電子飛向基片,Ar+在電場功效下加速飛向陰極濺射靶并以高能量轟擊靶表面,使靶材出現(xiàn)濺射。在濺射粒子中,中性的靶原子(或分子)沉積在基片上形成薄膜。二次電子e1在加速飛向基片時(shí)受磁場B的洛侖茲力功效,以擺線和螺旋線狀的復(fù)合形式在靶表面作圓周運(yùn)動。該電子e1的運(yùn)動路徑不僅很長,況且被電磁場捆綁在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)。在該區(qū)中電離出海量的Ar+用來轟擊靶材,因此呢磁控濺射擁有沉積速率高的特點(diǎn)。隨著碰撞次數(shù)的增多,電子e1的能量逐步降低,同期,e1逐步遠(yuǎn)離靶面。低能電子e1將如圖中e3那樣沿著磁力線來回振蕩,待電子能量將耗盡時(shí),在電場E的功效最后沉積在基片上。因?yàn)?/span>該電子的能量很低,傳給基片的能量很小,使基片溫升較低。在磁極軸線處電場與磁場平行,電子e2將直接飛向基片。然則,在磁控濺射安裝中,磁極軸線處離子密度很低,因此e2類電子很少,對基片溫升功效不大。

磁控濺射工作原理圖

磁控濺射的基本原理便是以磁場改變電子運(yùn)動方向,捆綁和延長電子的運(yùn)動路徑,加強(qiáng)電子的電離概率和有效地利用了電子的能量。因此呢,在形成高密度等離子體的反常輝光放電中,正離子對靶材轟擊所導(dǎo)致的靶材濺射更加有效,同期受正交電磁場的捆綁的電子只能在其能量將要耗盡時(shí)才可沉積在基片上。這便是磁控濺射擁有“低溫”、“高速”兩大特點(diǎn)的機(jī)理。

磁控濺射的應(yīng)用:

磁控濺射的優(yōu)點(diǎn):

 (1)操作易控。鍍膜過程,只要保持工作壓強(qiáng)、電功率等濺射要求相對穩(wěn)定,就能得到比較穩(wěn)定的沉積速率。

(2)沉積速率高。在沉積大部分的金屬薄膜,尤其是沉積高熔點(diǎn)的金屬和氧化物薄膜時(shí),如濺射鎢、鋁薄膜和反應(yīng)濺射TiO2、ZrO2薄膜,擁有很高的沉積率。

 (3)基板低溫性。相對二極濺射熱蒸發(fā),磁控濺射對基板加熱少了,這一點(diǎn)對實(shí)現(xiàn)織物的上濺射相當(dāng)有利。

 (4)膜的牢靠性好。濺射薄膜與基板有著極好的附著力,機(jī)械強(qiáng)度得到了改善。

 (5)成膜致密、均勻。濺射的薄膜聚集密度廣泛加強(qiáng)了。從顯微照片看,濺射的薄膜表面微觀形貌比較精致細(xì)密,況且非常均勻。

(6)濺射的薄膜均擁有優(yōu)異的性能。如濺射的金屬膜一般得到良好的光學(xué)性能、電學(xué)性能及某些特殊性能。

 (7)易于組織大批量生產(chǎn)。磁控源能夠按照需求進(jìn)行擴(kuò)大,因此呢大面積鍍膜是容易實(shí)現(xiàn)的。再加上濺射可連續(xù)工作,鍍膜過程容易自動掌控,因此呢工業(yè)上流水線作業(yè)完全作為可能。

(8)工藝環(huán)保。傳統(tǒng)的濕法電鍍會產(chǎn)生廢液、廢渣、廢氣,對環(huán)境導(dǎo)致嚴(yán)重的污染。不產(chǎn)生環(huán)境污染、生產(chǎn)效率高的磁控濺射鍍膜法則可較好處理這一困難

磁控濺射應(yīng)用:

磁控濺射日前是一種應(yīng)用非常廣泛的薄膜沉積技術(shù),濺射技術(shù)上的持續(xù)發(fā)展和對新功能薄膜的探索科研,使磁控濺射應(yīng)用延伸到許多生產(chǎn)和研究行業(yè)。

(1)在微電子行業(yè)做為一種非熱式鍍膜技術(shù),重點(diǎn)應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積(CVD)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長困難及不適用的材料薄膜沉積,況且能夠得到大面積非常均勻的薄膜。包含歐姆接觸的Al、Cu、Au、W、Ti等金屬電極薄膜及可用于柵絕緣層或擴(kuò)散勢壘層的TiN、Ta2O5、TiO、Al2O3、ZrO2、AlN等介質(zhì)薄膜沉積。

(2)磁控濺射技術(shù)在光學(xué)薄膜(如增透膜)、低輻射玻璃和透明導(dǎo)電玻璃等方面得到應(yīng)用。在透明導(dǎo)電玻璃在玻璃基片或柔性襯底上,濺射制備SiO2薄膜和摻雜ZnO或InSn氧化物(ITO)薄膜,使可見光范圍內(nèi)平均光透過率在90%以上。

(3)在現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)中,利用磁控濺射技術(shù)制作表面功能膜、超

硬膜,自潤滑薄膜,能有效的加強(qiáng)表面硬度、復(fù)合韌性、耐磨損性和抗高溫化學(xué)穩(wěn)定性能,從而大幅度地加強(qiáng)涂層制品運(yùn)用壽命。

磁控濺射除以上已被海量應(yīng)用的行業(yè),還在高溫超導(dǎo)薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜發(fā)光材料、太陽能電池、記憶合金薄膜科研方面發(fā)揮重要功效

磁控濺射技術(shù)因?yàn)?/span>其明顯的優(yōu)點(diǎn)作為工業(yè)鍍膜重點(diǎn)技術(shù)之一。在將來科研中,新技術(shù)向工業(yè)行業(yè)的推廣、磁控濺射技術(shù)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合已作為一個(gè)科研方向,怎樣利用計(jì)算機(jī)來掌控精確鍍膜過程,利用計(jì)算機(jī)來模擬鍍膜時(shí)的磁場、溫度場、以及氣流分布,必將能給濺射鍍膜過程供給靠譜的數(shù)據(jù)支持,是經(jīng)濟(jì)有效的辦法。

光學(xué)鍍膜典型舉例1:寶石鍍膜

“鍍膜處理”是一種表面處理技術(shù),用沉淀技術(shù)、噴鍍技術(shù)等在寶石表面鋪設(shè)多層分子或原子膜,能夠改善其外觀面貌。此刻的“鍍膜處理”技術(shù)已然較為成熟,在珠寶玉石中顯現(xiàn)的較多,不少商家利用這一點(diǎn)包裝出非常多“珠寶”詐騙認(rèn)識行情的消費(fèi)者。

鍍膜托帕石

鍍膜水晶

照片源自:米玲麗,2020

咱們常說的“水色氣息”便是指在無色托帕石表面“鍍膜處理”所產(chǎn)生的五彩斑斕的視覺效果。

“鍍膜處理”重點(diǎn)改變寶石的那些特征

“鍍膜處理”重點(diǎn)是為了改善寶石的顏色和表面光潔度,加強(qiáng)寶玉石的光澤。在寶石表面鍍上有色膜,能夠直接改善或加強(qiáng)寶玉石的顏色,同期薄膜層的干涉功效能夠使寶石產(chǎn)生美麗的顏色。另外,膜層會掩蓋寶石表面凹坑、裂隙、擦痕等缺陷,加強(qiáng)表面光潔度。

那些寶石品質(zhì)頻繁運(yùn)用“鍍膜處理”

非常多種寶玉石都能夠用“鍍膜處理”的方式來改善其顏色或光澤,平常的有托帕石、坦桑石、水晶、碧璽等。

照片源自:GIA

如上圖中這5顆0.39-0.82克拉的坦桑石在反射光下觀察到的下腰刻面比亭部主刻面的未涂層部分表示出更高的光澤。連接處和有些小的缺口區(qū)域已磨損,露出下面坦桑石不太飽和的紫色。

照片源自:GIA

還有法國寶石學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LFG)看到的第1個(gè)用彩色薄膜覆蓋的合成云紋石的例子。在顯微鏡下,這些薄片表示出金屬光澤,粉紅色似乎集中在表面。因?yàn)?/span>這層薄膜的劃痕,觀察到顏色不均勻。

照片源自:GIA

在水晶的表面鍍上一層彩膜,使水晶產(chǎn)生暈彩效應(yīng),這般看起來更好看,商家就有了更大的炒作噱頭。

鍍膜水晶

照片源自:Google

眾所周知,碧璽被叫作為“落入凡間的彩虹”,而有些不良商家為了能夠節(jié)約成本,經(jīng)常會將有些淺色無色的碧璽進(jìn)行鍍膜處理,以此來牟取暴利!鍍了膜的碧璽表面不會有太自然的暈彩效應(yīng),跟天然碧璽比起來相差甚遠(yuǎn)。

照片源自:Google

托帕石的“鍍膜處理”工藝已很成熟,鍍膜后的托帕石可產(chǎn)生紅、黃、綠、紫、藍(lán)等各樣各樣的顏色,鍍膜托帕石日前分三代制品。

照片源自:李瑞璐,2011

第1

第1制品技術(shù)為直接噴鍍氧化物薄膜法,即在低溫要求下,將金屬氧化物噴鍍在托帕石基體上,因?yàn)?/span>膜層折射率與托帕石基體折射率區(qū)別,膜層與托帕石相互功效產(chǎn)生光學(xué)干涉現(xiàn)象,使得鍵膜托帕石呈現(xiàn)帶有綠色和紫色的多彩色。

照片源自:李瑞璐,2011

第二代

第二代鍍膜制品技術(shù)較直接鍍膜更為精細(xì),膜層為交替層結(jié)構(gòu),會產(chǎn)生的光學(xué)干涉濾波對光有選取吸收性,使鍍膜托帕石產(chǎn)生顏色。此類鍍膜托帕石用入射光觀察,鍵膜表面可呈現(xiàn)出金黃色。

第三代

第三代制品叫作為TCF托帕石,該“TCF”技術(shù)指的是“熱熔”技術(shù)(Thermalcolorfusion),是近年來興起的一種新型的寶石優(yōu)化處理技術(shù),它是在原鍍膜工藝的基本增多了擴(kuò)散處理技術(shù)。

照片源自:王海燕,2009

即先將氧化物或和金屬單質(zhì)或摻雜劑噴鍍或沉積在托帕石基體表面,而后進(jìn)行高溫熔結(jié)處理,因此TCF托帕石的耐久性很強(qiáng),并且TCF技術(shù)使得托帕石制品的顏色非常豐富,并且鮮艷逼真,柔和自然。TCF托帕石的缺點(diǎn)是粒度太小,不足1克拉。

快速鑒別“鍍膜處理”

通常來講,肉眼及放大觀察會發(fā)掘“水色氣息”表面光澤反常,針劃會留下痕跡,膜層脫落。借用有些常規(guī)的鑒定儀器會發(fā)掘寶石折射率、多色性、吸收光譜反常。另一,對包鑲首飾要格外留意,必定要取下后觀察。

照片源自:米玲麗,2020

但肉眼與簡單儀器鑒定難度很強(qiáng),要得到科學(xué)的結(jié)果,必定要找經(jīng)過專業(yè)的顯微鏡觀察、經(jīng)過儀器分析等才可得出準(zhǔn)確結(jié)論。

光學(xué)鍍膜典型舉例2:光學(xué)濾光片

濾光片核心參數(shù)

中心波長

中心波長(CWL)一般用于暗示帶通濾光片的峰值透射率,或是陷波濾光片的峰值反射率。然而,這個(gè)術(shù)語常被誤用 -CWL實(shí)質(zhì)上定義為在峰值透射率為50%的波長之間的中點(diǎn),叫作為半峰 全寬(FWHM)。干涉濾光片的峰值則一般不會位置于波長中點(diǎn)。請參閱圖1關(guān)于CWL和FWHM的說明。

帶寬

帶寬是一個(gè)波長范圍,用于暗示頻譜經(jīng)過入射能量穿過濾光片的特定部分。帶寬又叫作為FWHM(圖1)。

圖 1: 中心波長和半峰全寬說明 

截止范圍

阻斷范圍是用于暗示經(jīng)過濾光片衰減的能量光譜區(qū)域的波長間隔(圖2)。阻斷程度一般會在光密度中指定。

圖 2: 截止范圍說明 

光密度

光密度(OD)描述濾光片阻斷規(guī)格,并且與穿過的能量透射量相關(guān)(方程式1–2)。高光密度值暗示非常低的透射率,低光密度則暗示高透射率。圖3描述了三種區(qū)別的光密度:OD 1.0,OD 1.3和OD 1.5表示越高的OD值的透射率越低。

圖 3: 光密度說明

二向色性濾光片

二向色性濾光片是用于取決于波長透射率或反射光的濾光片類型;特定波長范圍透射的光則鑒于區(qū)別范圍的光線反射或吸收(圖4)。二向色性濾光片常用于長波通和短波通應(yīng)用。

圖 4: 二向色性濾光片鍍膜說明 

初始波長

初始波長是用于暗示在長波通濾光片中透射率增多至50%波長的術(shù)語。初始波長由圖5中的λcut-on初始暗示

圖 5: 初始波長說明

光學(xué)濾光片制造技術(shù)

吸收性和二向色性濾光片

范圍廣泛的可分成兩大類:吸收性和二向色性。兩者的區(qū)別不在于它過濾什么,而是怎樣濾光。吸收性濾光片的光線阻斷以玻璃基片的吸收特性為基本。換句話說,被阻斷的光線不會反射回濾光片;相反的,光線被它吸收且包括在濾光片內(nèi)。在系統(tǒng)內(nèi)多余的光線形成噪音的問題時(shí),吸收性濾光片是理想的選取。吸收性濾光片擁有方向敏銳的額外功能;光線可從各樣方向入射濾光片且濾光片將保持其透射和吸收特性。

相反的,二向色性濾光片的運(yùn)作是反射多余的波長并透射所需的頻譜部分。在有些應(yīng)用中,這是一個(gè)需要的效果,由于能夠經(jīng)過波長掰開為兩個(gè)源自。這可經(jīng)過增多單層或多層區(qū)別折射指數(shù)的材料完成干涉光波性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。在干涉濾光片,光從較低折射率材料的移動將反射高折射率材料;僅有特定方向和波長的光將積極干涉?zhèn)魅牍馐⒋┻^材料,而其他所有的光線將相消干涉并反射材料(圖7)。其他相關(guān)干擾的信息,請參閱“光學(xué)101:1級的理論基本”。

圖 7: 在玻璃基片上交替的高與低指標(biāo)材料的多層沉積

與吸收性濾光片區(qū)別,二向色性濾光片擁有極高的方向敏銳。當(dāng)用于任何方向的設(shè)計(jì)用途之外時(shí),二向色性濾光片沒法滿足zui初標(biāo)示的透射率和波長規(guī)格。經(jīng)過二向色性濾光片加強(qiáng)入射角將使它移向較短的波長(即對藍(lán)波長);降低方向則會移向較長的波長(即對紅波長)。 

探索二向色性帶通濾光片

帶通濾光片用于廣泛的行業(yè),能夠是二向色性或彩色基片。二向色性帶通濾光片是由于兩種區(qū)別的技術(shù)制造的:傳統(tǒng)和加硬濺射法,或鍍加硬膜。這兩種技術(shù)經(jīng)過在玻璃基片上交替的高與低折射率材料的多層沉積實(shí)現(xiàn)其獨(dú)特的透射率和反射特性。事實(shí)上,按照應(yīng)用的區(qū)別,在特定基片上每面可能有超過100層材料沉積。

傳統(tǒng)鍍膜濾光片和加硬濺射法濾光片之間的差別是基片層數(shù)。在傳統(tǒng)鍍膜帶通濾光片,區(qū)別的指標(biāo)材料層沉積在多個(gè)基片上而后再夾在一塊。例如,假設(shè)圖7中的照片重復(fù)疊加乃至超過100倍。這個(gè)技術(shù)引起降低透射率的厚濾光片。透射的減少是因?yàn)?/span>入射光穿過并經(jīng)過數(shù)個(gè)基片層被吸收和/或反射所引起的。相反的,在加硬濺射法帶通濾光片,區(qū)別的指標(biāo)材料只沉積在單個(gè)基片上 圖8)。這個(gè)技術(shù)引起高透射率的薄濾光片。相關(guān)制造技術(shù)的其他信息,請參閱“光學(xué)鍍膜簡介”。請查看硬鍍膜的好處,幫忙選取適合應(yīng)用的濾光片。

圖 8: 傳統(tǒng)濾光片(左)和加硬濺射法濾光片(右)

光學(xué)鍍膜技術(shù)和裝備

光學(xué)薄膜是現(xiàn)代光學(xué)和光電系統(tǒng)最重要的構(gòu)成部分,在光通信、光學(xué)表示、激光加工、激光核聚變等高科技及產(chǎn)業(yè)行業(yè)已然作為核心元器件,其技術(shù)突破常常作為現(xiàn)代光學(xué)及光電系統(tǒng)加速發(fā)展的主因。

光學(xué)薄膜的技術(shù)性能和靠譜性,直接影響到應(yīng)用系統(tǒng)的性能、靠譜性及成本。如圖1是光通訊技術(shù)中運(yùn)用窄帶濾光片調(diào)制區(qū)別的通訊通道示意圖。圖 2是激光核聚變系統(tǒng)中海量運(yùn)用到的薄膜元器件。

圖1 光通訊系統(tǒng)中經(jīng)過WDM濾光片系統(tǒng)調(diào)控區(qū)別波長示意圖

圖2 美國NIF高功率激光系統(tǒng)中的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖,其中海量運(yùn)用到傳輸鏡、偏振膜等光學(xué)薄膜元器件

隨著行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,精細(xì)光學(xué)系統(tǒng)對光學(xué)薄膜的光譜掌控能力和精度需求越來越高,而消費(fèi)電子對光學(xué)薄膜器件的需要更強(qiáng)調(diào)超大的量產(chǎn)規(guī)模和普通公眾的易用和舒適性。

重點(diǎn)光學(xué)鍍膜技術(shù)和裝備發(fā)展

光學(xué)鍍膜技術(shù)在過去幾十年實(shí)現(xiàn)了長足的發(fā)展,從舟蒸發(fā)、電子束熱蒸發(fā)及其離子束輔助沉積技術(shù)發(fā)展到離子束濺射和磁控濺射技術(shù)。近年來在這些沉積技術(shù)和裝備行業(yè)重點(diǎn)技術(shù)發(fā)展包含:1

間歇式直接光控(intermittent measuring method)

間歇式直接光控(intermittent measuring method):以Leybold Optics機(jī)構(gòu)的OMS5000系統(tǒng)為表率,光學(xué)鍍膜過程中越來越多地運(yùn)用間歇式信號采集系統(tǒng),對鍍膜過程制品片實(shí)現(xiàn)直接監(jiān)控。相針對間接光控和晶控系統(tǒng),間歇式直接光控系統(tǒng)有利于降低實(shí)質(zhì)制品上的薄膜厚度分布誤差,能夠進(jìn)一步加強(qiáng)制品良率并減少了工藝調(diào)試時(shí)間。

圖3 Leybold Optics 機(jī)構(gòu)OMS5000的間歇式直接光控系統(tǒng)

漸變折射率結(jié)構(gòu)薄膜技術(shù)與裝備(Rguate filter and Coater)

漸變折射率結(jié)構(gòu)薄膜技術(shù)與裝備(Rguate filter and Coater):已然海量科研工作已然證實(shí)Rugate無界面型薄膜結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)Rugate多種折射率薄膜結(jié)構(gòu)經(jīng)過加強(qiáng)調(diào)制折射率在薄膜厚度方向上分布,能設(shè)計(jì)出非常繁雜的光譜性能,(部分)消除了薄膜界面特征,(部分)消除界面效應(yīng),如電磁波在界面上比薄膜內(nèi)部更高密度的吸收中心和散射,能夠增多了薄膜力學(xué)穩(wěn)定性。

漢諾威激光工程中心的數(shù)據(jù)表示(圖4),(準(zhǔn))Rugate薄膜結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的高低折射率光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)相比,能夠擁有更高的抗激光損害閾值。如Rugate Filter 設(shè)計(jì),其1064 nm 10 ns 1000發(fā)零損害幾率能夠做到100 J/cm2以上。

圖4 高低折射率結(jié)構(gòu)和(準(zhǔn))Rugate薄膜結(jié)構(gòu)的抗激光損害閾值對比測試結(jié)果

圖5所示為德國CEC機(jī)構(gòu)研發(fā)的靶面掃描共濺系統(tǒng)。經(jīng)過在離子束濺射鍍膜過程中,精確掃描兩種材料拼接而成的混合濺射靶,能夠實(shí)現(xiàn)折射率的漸變結(jié)構(gòu),高精度制備(準(zhǔn))Rugate復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜,得到比高低折射率薄膜結(jié)構(gòu)更繁雜的光譜性能和更優(yōu)異的附著力、應(yīng)力等理學(xué)性能。

圖5德國CEC機(jī)構(gòu)靶面掃描共濺系統(tǒng)

磁控濺射光學(xué)鍍膜系統(tǒng)(Magnetron Sputtering)

以Leybold Helios和Shincron RAS為表率,磁控濺射技術(shù)及裝備在精細(xì)光學(xué)行業(yè)和消費(fèi)光電子薄膜行業(yè)占據(jù)越來越大的份額。磁控濺射薄膜沉積過程掌控簡單,粒子能量高,得到的薄膜結(jié)構(gòu)致密穩(wěn)定。

圖6是Helios的基本結(jié)構(gòu)和原理,其采用非常緊湊的板式開合結(jié)構(gòu),真空室空間利用率非常高,整體結(jié)構(gòu)非常緊湊。其采用平面雙靶磁控濺射陰極和等離子體源一起實(shí)現(xiàn)化合物薄膜的快速沉積過程,能夠用于介質(zhì)干涉濾光片(氧化物、氮化物)、共濺射(摻雜,混合折射率薄膜)、金屬膜 (Cr,Ag,Al…)及金屬介質(zhì)干涉濾光片。其裝卡系統(tǒng)能夠實(shí)現(xiàn)真空室處在真空狀態(tài)下快速進(jìn)出制品,為全部系統(tǒng)的穩(wěn)定性奠定了重要基本??偟?span style="color: green;">來講,該設(shè)備非常適合應(yīng)用于中小批量的精細(xì)光學(xué)元件鍍膜。

圖6 LeyboldOpitcs Helios磁控濺射光學(xué)鍍膜系統(tǒng)(上),基本結(jié)構(gòu)與原理圖(下)

光學(xué)鍍膜中平常的不良分析與改善對策

鍍膜制品平常問題,部分是鍍膜工序的本身導(dǎo)致的,部分是前工程遺留的問題,鍍膜終的品質(zhì)是全部光學(xué)零件加工的(尤其是拋光、清洗)的綜合反映,針對顯現(xiàn)鍍膜不良時(shí)必須綜合思慮,才可真正找到不良產(chǎn)生的原由,對策改善才可取得成效。

膜臟(叫作白壓克)顧名思義,膜層有臟。通常的膜臟出現(xiàn)在膜內(nèi)或膜外。臟能夠包含:灰塵點(diǎn)、白霧、油斑、指紋印、口水點(diǎn)等。(灰塵點(diǎn)和白霧單列)灰點(diǎn)臟

現(xiàn)象:鏡片膜層表面或內(nèi)部有有些點(diǎn)子(不是膜料點(diǎn))有些能夠擦除,有的不能擦除。并且會有點(diǎn)狀脫膜產(chǎn)生。

產(chǎn)生原由

1、真空室臟,在起始抽真空時(shí)的空氣渦流將真空室底板、護(hù)板的臟灰?guī)У界R片上,形成灰點(diǎn)層。(膜內(nèi),不可擦除,會有點(diǎn)狀脫膜)

2、鏡圈或碟片臟,有浮點(diǎn)灰塵,在離子束功效下附著到了鏡片上形成灰點(diǎn)層。(膜內(nèi),不可擦除,會有點(diǎn)狀脫膜)

3、鏡片上傘時(shí)就有灰塵點(diǎn),上傘時(shí)檢測挑選。(膜內(nèi),不可擦除,會有點(diǎn)狀脫膜)

4、鍍制完成后的環(huán)境污染是膜外灰點(diǎn)的重點(diǎn)成因,尤其是當(dāng)鏡片熱的時(shí)候,更易吸附灰塵,況且難以擦除。(膜外)

5、真空室充氣口環(huán)境臟、起始充氣量過大、充氣過濾器臟,充氣時(shí)鏡片溫度過高導(dǎo)致鏡片膜外灰塵點(diǎn)不良的原由。(膜外)

6、 作業(yè)員人為帶來的灰塵污染(膜內(nèi)膜外)

7、 工作環(huán)境中灰塵太多

改善思路:杜絕灰塵源

改善對策:

1、工作環(huán)境改造潔凈車間,嚴(yán)格按潔凈車間規(guī)范實(shí)施。

2、盡可能做好環(huán)境衛(wèi)生。盡可能利用潔凈工作臺。

3、 真空室周期打掃,保持清潔。

 膜外白霧

現(xiàn)象:鍍膜完成后,表面有有些淡淡的白霧,用丙酮或混合液擦拭,會有越擦越嚴(yán)重的現(xiàn)象。用氧化鈰粉擦拭,能夠擦掉或減輕,(又叫作:可擦拭壓克)

分析:膜外白霧的成因較為繁雜,可能的成因有:

①、膜結(jié)構(gòu)問題:外層膜的柱狀結(jié)構(gòu)松散,外層膜太粗糙;

②、蒸發(fā)角過大,膜結(jié)構(gòu)粗糙。

③、溫差:鏡片出罩時(shí)內(nèi)外溫差過大

④、潮氣;鏡片出罩后擺放環(huán)境的潮氣

⑤、真空室內(nèi)Polycold解凍時(shí)水汽過重

⑥、蒸鍍中充氧不完全,膜結(jié)構(gòu)不均勻

⑦、膜與膜之間的應(yīng)力

改善思路:膜外白霧成因非常多,但各有些特征,盡可能對癥下藥。重點(diǎn)思路,一是把膜做的致密光滑些不易吸附,二是改善環(huán)境減少吸附的對象。

改善對策:

1、改善膜系,外層加二氧化硅,使膜表面光滑,很難吸附。改善鏡片出罩時(shí)的環(huán)境(干燥、清潔)

2、降低出罩時(shí)的鏡片溫度(延長在真空室的冷卻時(shí)間)減少溫差、降低應(yīng)力。

3、改善充氧(加大),改善膜結(jié)構(gòu)。

4、適當(dāng)降低蒸發(fā)速率,改善柱狀結(jié)構(gòu)

5、離子輔助鍍膜,改善膜結(jié)構(gòu)

6、加上polycold解凍時(shí)的小充氣閥(其功能是即時(shí)帶走水汽)

7、從蒸發(fā)源和夾具上想辦法改善蒸發(fā)角。

8、改善基片表面粗糙度。

9、重視polycold解凍時(shí)的真空度。

膜內(nèi)白霧

白霧形成在膜內(nèi),沒法用擦拭辦法祛除。

可能的成因:

①、基片臟,附著前工程的殘留物

②、鏡片表面腐蝕污染

③、膜料與膜料之間、膜料與基片之間的不匹配。

④、氧化物充氧不足。

⑤、一層氧化鋯膜料,可能對某些基片產(chǎn)生白暈現(xiàn)象

⑥、基片進(jìn)罩前(洗凈后)受潮氣污染

⑦、洗凈或擦拭不良,洗凈痕跡、擦拭痕跡

⑧、真空室臟、水氣過重

⑨、環(huán)境濕度大

改善思路:基片本身的問題可能是重點(diǎn)的,鍍膜是盡可能彌補(bǔ),鍍膜本身的可能是膜料匹配問題。

改善對策:

1、改進(jìn)膜系,層不消氧化鋯。

2、盡可能減少真空室開門時(shí)間,罩與罩之間在短期內(nèi)做好真空室的清潔、鍍膜準(zhǔn)備工作。

3、真空室在更換護(hù)板、清潔后,能空罩抽真空烘烤一下,更換的護(hù)板等真空室部件必須干燥、干凈。

4、改善環(huán)境

5、妥善守護(hù)進(jìn)罩前在傘片上的鏡片,免受污染。

6、改善洗凈、擦拭效果。

7、改善膜匹配(思慮層用Al2O3)

8、改善膜充氧和蒸發(fā)速率(降低)

9、加快前工程的流程。前工程對已加工光面的守護(hù)加強(qiáng)。

十、拋光加工完成的光面,必須立即清潔干凈,不可有拋光粉或其他雜質(zhì)附著干結(jié)。

PVD 鍍膜材料——靶材知識

PVD 鍍膜材料概述

PVD 鍍膜材料重點(diǎn)用以制備各樣擁有特定功能的薄膜材料,應(yīng)用行業(yè)包含平板表示、半導(dǎo)體、太陽能電池、光磁記錄媒介、 光學(xué)元器件、 節(jié)能玻璃、 LED、工具改性、高檔裝飾用品等。

(1)薄膜材料制備技術(shù)概述

薄膜材料生長于基板材料(如屏顯玻璃、光學(xué)玻璃等)之上,通常由金屬、非金屬、合金或化合物等材料經(jīng)過鍍膜后形成,擁有增透、吸收、截止、分光、反射、濾光、干涉、守護(hù)、防水防污、防靜電、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、裝飾和復(fù)合等功能,并能夠加強(qiáng)制品質(zhì)量、環(huán)保、節(jié)能、延長制品壽命、改善原有性能等。

日前,薄膜材料制備技術(shù)重點(diǎn)包含

理學(xué)氣相沉積(PVD)技術(shù) 和 化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)。

①PVD技術(shù)

PVD 技術(shù)是制備薄膜材料的重點(diǎn)技術(shù)之一,指在真空要求下采用理學(xué)辦法,將某種物質(zhì)表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子,并經(jīng)過低壓氣體(或等離子體)過程,在基板材料表面沉積擁有某種特殊功能的薄膜材料的技術(shù)。在PVD 技術(shù)下,用于制備薄膜材料的物質(zhì),統(tǒng)叫作為 PVD 鍍膜材料。

經(jīng)太多年發(fā)展,PVD 技術(shù)已作為日前主流鍍膜辦法,重點(diǎn)包含濺射鍍膜 和真空蒸發(fā)鍍膜。

A、濺射鍍膜

濺射鍍膜指的是利用離子源產(chǎn)生的離子,在真空中經(jīng)過加速聚集,而形成高速度的離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子出現(xiàn)動能交換,使固體表面的原子離開固體并沉積在基板材料表面的技術(shù)。被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜材料的原材料,叫作為濺射靶材。

通常來講,濺射靶材重點(diǎn)由靶坯、背板(或背管)等部分形成,其中,靶坯是高速離子束流轟擊的目的材料,屬于濺射靶材的核心部分,在濺射鍍膜過程中,靶坯被離子撞擊后,其表面原子被濺射飛散出來并沉積于基板上制成薄膜材料;因?yàn)?/span>濺射靶材需要安裝在專用的設(shè)備內(nèi)完成濺射過程,設(shè)備內(nèi)部為高電壓、高真空的工作環(huán)境,都數(shù)靶坯的材質(zhì)較軟高脆性,不適合直接安裝在設(shè)備內(nèi)運(yùn)用,因此呢,需與背板(或背管)綁定, 背板(或背管)重點(diǎn)起到固定濺射靶材的功效,且具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。

濺射鍍膜的基本原理如下:

濺射鍍膜工藝可重復(fù)性好、膜厚可掌控,可在大面積基板材料上得到厚度均勻的薄膜,所制備的薄膜具有純度高、致密性好、與基板材料的結(jié)合力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),已作為制備薄膜材料的重點(diǎn)技術(shù)之一,各樣類型的濺射薄膜材料已得到廣泛的應(yīng)用,因此呢,對濺射靶材這一擁有高附加值的功能材料需要逐年增多,濺射靶材作為日前市場應(yīng)用量最大的 PVD 鍍膜材料。

濺射靶材的種類較多,即使相同材質(zhì)的濺射靶材區(qū)別的規(guī)格。根據(jù)區(qū)別歸類辦法,可將濺射靶材分為區(qū)別的類別,重點(diǎn)歸類狀況如下:

B、真空蒸發(fā)鍍膜 

真空蒸發(fā)鍍膜指的是在真空要求下,利用膜材加熱安裝叫作為蒸發(fā)源)的熱能,經(jīng)過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在基板材料表面的一種沉積技術(shù)。被蒸發(fā)的物質(zhì)是用真空蒸發(fā)鍍膜法沉積薄膜材料的原材料,叫作之為蒸鍍材料。

真空蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)通常由三個(gè)部分組成:真空室、蒸發(fā)源或蒸發(fā)加熱安裝、安置基板及給基板加熱安裝。在真空中為了蒸發(fā)待沉積的材料,需要容器來支撐或盛裝蒸發(fā)物,同期需要供給蒸發(fā)熱使蒸發(fā)物達(dá)到足夠高的溫度以產(chǎn)生所需的蒸汽壓。

真空蒸發(fā)鍍膜的基本原理如下:

真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)擁有簡單便利、操作方便、成膜速度快等特點(diǎn),是應(yīng)用廣泛的鍍膜技術(shù),重點(diǎn)應(yīng)用于小尺寸基板材料的鍍膜。

②CVD技術(shù)

CVD 技術(shù)是在高溫下依靠化學(xué)反應(yīng)、把含有形成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣及反應(yīng)所需其它氣體引入反應(yīng)室,在襯底表面出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)生成薄膜材料的技術(shù)。

2、重點(diǎn)PVD 鍍膜材料

(1)濺射靶材

濺射靶材是高速荷能粒子轟擊的目的材料,擁有高純度、高密度、多組元、晶粒均勻等特點(diǎn),通常由靶坯和背板(或背管)構(gòu)成。按運(yùn)用的原材料材質(zhì)區(qū)別,濺射靶材可分為金屬/非金屬單質(zhì)靶材、合金靶材、化合物靶材等。

擁有表率性的濺射靶材制品如下:

濺射靶材應(yīng)用于平板表示、光學(xué)元器件、節(jié)能玻璃、半導(dǎo)體、 太陽能電池等行業(yè)。表率性的濺射靶材圖示如下:

合金靶材:  

(2)蒸鍍材料 

采用區(qū)別的原材料、配方及工藝,迄今已開發(fā)出數(shù)百種蒸鍍材料,部分重點(diǎn)制品說明如下:

蒸鍍材料應(yīng)用行業(yè)包含光學(xué)元器件、LED、平板表示和半導(dǎo)體分立器等。擁有表率性的蒸鍍材料圖示如下: 

重點(diǎn)制品工藝流程 

1、濺射靶材工藝流程 

其中,重點(diǎn)工序的詳細(xì)含義如下: 

粉末冶煉:對原料粉末進(jìn)行前期的氣氛燒結(jié),對原料粉末中氣體含量進(jìn)行掌控。 

粉末混合:靶材有著獨(dú)特的配方,需精確的掌控各組分的含量,并嚴(yán)格限制雜質(zhì)含量,在粉末冶金的過程中,需要將各元素充分混合均勻,粒度分布均勻,防止污染,并要經(jīng)過特殊工藝手段制備成混合型復(fù)合粉。

壓制成型:采用粉末冶金工藝制備的靶材需要對粉體材料進(jìn)行預(yù)壓,使之作為中等密度生坯,其密度的均勻性和內(nèi)部的缺陷影響著后期高溫?zé)Y(jié)的成品率。

氣氛燒結(jié):預(yù)壓成型的生坯需要再經(jīng)過一次或多次的高溫?zé)Y(jié),按照區(qū)別材料選取區(qū)別的燒結(jié)溫度曲線,并選取區(qū)別的燒結(jié)環(huán)境,如燒結(jié)氣氛、燒結(jié)壓力等,從而制備成高密度的靶坯。 

塑性加工:金屬坯錠需經(jīng)過大幅度的塑性變形,以得到足夠的長寬厚度尺寸,并使得內(nèi)部晶粒進(jìn)行足夠的拉伸變形,從而在內(nèi)部產(chǎn)生足夠多的位錯。? 熱處理:金屬坯錠在經(jīng)過大幅度的塑形變形后,按照區(qū)別的材料的特性選取熱處理工藝,從而使金屬材料出現(xiàn)重結(jié)晶,去除材料內(nèi)應(yīng)力。

超聲探傷:靶坯加工完后需要采用超聲波進(jìn)行檢測材料內(nèi)部是不是有缺陷,靶坯與背板綁定完成后,需要采用水浸式超聲波掃描儀進(jìn)行粘結(jié)層的檢測,檢驗(yàn)粘結(jié)面積是不是達(dá)標(biāo)。 

機(jī)械加工:靶坯需要進(jìn)行精細(xì)的機(jī)械成型加工,用于與靶坯復(fù)合運(yùn)用的背板,因?yàn)?/span>承擔(dān)與鍍膜設(shè)備精確協(xié)同、承受高壓水冷等功效,需要具備極高的尺寸精度與機(jī)械強(qiáng)度,加工難度較高,尤其是帶內(nèi)循環(huán)水路的背板,因?yàn)?/span>材質(zhì)的特殊性,水路的密閉焊接非常困難,需要用到特種焊接工藝。

金屬化:靶坯與背板在綁定之前,為加強(qiáng)靶材和靶材與焊料的金屬潤濕性能,需要進(jìn)行焊合面的預(yù)處理,使之表面鍍上一層過渡層。

綁定:大部分靶材因?yàn)?/span>材料的理學(xué)化學(xué)性能受限,不可直接裝機(jī)鍍膜運(yùn)用,需要采用金屬焊料將靶坯與背板相互焊合連接,并且表面有效粘結(jié)率需要達(dá)到大于 95%的大面積焊合,全部過程需要在高溫和高壓下進(jìn)行。 

2、蒸鍍材料工藝流程 

其中,重點(diǎn)工序的詳細(xì)含義如下: 

混料:指配制好的原料經(jīng)過機(jī)械混合達(dá)到均勻分散的加工工藝過程,是材料加工中最重要的生產(chǎn)工藝之一。

原料預(yù)處理:指將混和好的原料進(jìn)行常溫或高溫處理,加強(qiáng)材料的純度,細(xì)化顆粒的粒度,激發(fā)材料的反應(yīng)活性,降低材料燒結(jié)溫度。 

成型:指將材料經(jīng)過機(jī)械方式達(dá)到所需規(guī)格的加工工藝工程,是材料加工中最重要的生產(chǎn)工藝之一。 

燒結(jié):指材料在高溫下,陶瓷生坯固體顆粒的相互鍵聯(lián),晶粒成長,空隙(氣孔)和晶界漸趨減少,經(jīng)過物質(zhì)的傳遞,其總體積收縮,密度增多,最后作為擁有某種顯微結(jié)構(gòu)的致密多晶燒結(jié)體的過程,是材料加工中最重要的生產(chǎn)工藝之一。燒結(jié)方式重點(diǎn)有常壓高溫?zé)Y(jié)、真空燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、氣氛燒結(jié)等。

鍍膜檢測:是在蒸鍍材料生產(chǎn)完后,采用蒸發(fā)鍍膜設(shè)備對材料的性能進(jìn)行檢測,檢測制品性能指標(biāo)是不是合格,是材料性能檢測中重要的檢測手段。

PVD 鍍膜材料行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈 

PVD 鍍膜材料產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)系如下:

2016 年全世界高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模約為 113.6 億美元,其中平板表示(含觸控屏)用靶材為 38.1 億美元、半導(dǎo)體用靶材 11.9 億美元、太陽能電池用靶材23.4 億美元、記錄媒介靶材 33.5 億美元。到 2019 年,全世界高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模將超過 163 億美元,年復(fù)合增長率達(dá) 13%。

PVD 鍍膜材料下游應(yīng)用行業(yè)概況  

1、平板表示行業(yè) 

PVD 鍍膜材料在平板表示行業(yè)的應(yīng)用

平板表示重點(diǎn)包含液晶表示器(LCD)、等離子表示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光二極管表示器(OLED)等,以及在 LCD 基本上發(fā)展起來的觸控(TP)表示制品

鍍膜是現(xiàn)代平板表示產(chǎn)業(yè)的基本環(huán)節(jié),為保準(zhǔn)大面積膜層的均勻性,加強(qiáng)生產(chǎn)率和降低成本,幾乎所有類型的平板表示器件都會運(yùn)用海量的鍍膜材料來形成各類功能薄膜,其所運(yùn)用的 PVD 鍍膜材料重點(diǎn)為濺射靶材,平板表示器的非常多性能如分辨率、透光率等都與濺射薄膜的性能密切關(guān)聯(lián)。平板表示鍍膜用濺射靶材重點(diǎn)品種有:鉬靶、鋁靶、鋁合金靶、鉻靶、銅靶、銅合金靶、硅靶、鈦靶、鈮靶和氧化銦錫(ITO)靶材等。

平板表示行業(yè)鍍膜工藝示意圖如下: 

平板表示行業(yè)重點(diǎn)表示面板和觸控屏面板兩個(gè)制品生產(chǎn)環(huán)節(jié)運(yùn)用 PVD 鍍膜材料。其中,平板表示面板的生產(chǎn)工藝中,玻璃基板要經(jīng)太多次濺射鍍膜形成ITO 玻璃,而后再經(jīng)過鍍膜,加工組裝用于生產(chǎn) LCD 面板、PDP 面板及 OLED面板等。觸控屏的生產(chǎn),則還需將 ITO 玻璃進(jìn)行加工處理、經(jīng)過鍍膜形成電極,再與防護(hù)屏等部件組裝加工而成。另外,為了實(shí)現(xiàn)平板表示制品的抗反射、消影等功能,還能夠在鍍膜環(huán)節(jié)中增多相應(yīng)膜層的鍍膜。

平板表示擁有厚度薄、重量輕、低能耗、低輻射、無閃爍、壽命長等特點(diǎn),符合人們對輕巧便攜和節(jié)能環(huán)保的需求,已作為表示屏行業(yè)的主流。尤其是液晶表示器中的薄膜場效應(yīng)晶體液晶表示器(TFT-LCD)因擁有畫質(zhì)優(yōu)、對比度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于平板電視、手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等消費(fèi)類電子制品,是日前主流平板表示制品。TFT-LCD 生產(chǎn)過程中,濺射靶材重點(diǎn)用于薄膜晶體管(TFT)和彩色濾光片(CF)的制備。

②觸控屏市場

觸控表示制品是平板表示行業(yè)應(yīng)用行業(yè)的重要構(gòu)成部分,而觸控屏是觸控表示制品的重要部件。觸控屏是一種特殊傳感器,是一個(gè)不運(yùn)用鍵盤和鼠標(biāo)做為輸入設(shè)備與表示設(shè)備的人機(jī)交互界面,觸控屏的顯現(xiàn),統(tǒng)一了觸覺和視覺,使得人機(jī)交互更加直觀和方便。觸控屏最大市場需要重點(diǎn)來自智能手機(jī)和平板電腦,同期,車載表示和智能穿戴設(shè)備市場呈快速增長態(tài)勢。近年來,隨著智能手機(jī)、平板電腦、車載表示、智能穿戴及商場化信息查找系統(tǒng)等智能終端制品的普及推廣,全世界觸控表示制品和技術(shù)發(fā)展進(jìn)步較快,產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)提高

觸控屏的結(jié)構(gòu)大致可分為兩部分,分別是防護(hù)屏和觸控模組。其中,觸控模組鍍膜所用的濺射靶材重點(diǎn)為 ITO、硅、鉬、鋁等,采用硅靶材反應(yīng)濺射形成的二氧化硅膜則重點(diǎn)增多玻璃與 ITO 膜的附著力和平整性、表面鈍化和守護(hù)功效;鍍 MoAlMo(鉬鋁鉬)膜后蝕刻重點(diǎn)起金屬引線搭橋的功效。防護(hù)屏重點(diǎn)用于守護(hù)觸控模組和表示屏免受損害,其擁有防刮耐磨、耐腐蝕、透光率高、反射率低、防油污及美觀等功能,實(shí)現(xiàn)這些功能需要運(yùn)用區(qū)別鍍膜材料,重點(diǎn)為濺射靶材。

2、光學(xué)元器件行業(yè) 

(1)光學(xué)元器件行業(yè)概況 

光學(xué)元器件行業(yè)屬于光學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈的中游,與其密切關(guān)聯(lián)的行業(yè)為光學(xué)材料生產(chǎn)行業(yè)及光電整機(jī)行業(yè),其中光學(xué)材料生產(chǎn)行業(yè)處在光學(xué)元器件行業(yè)的上游,光電整機(jī)行業(yè)處在光學(xué)元器件行業(yè)的下游。

自從上世紀(jì) 90 年代末數(shù)字化帶動光電應(yīng)用制品快速發(fā)展后,光學(xué)元器件應(yīng)用行業(yè)越來越廣,從光學(xué)傳感、照明、通信技術(shù)、能量檢測、信息存儲、傳輸、處理和表示,到現(xiàn)代的如生命科學(xué)、汽車、航空航天等行業(yè)的生產(chǎn)和應(yīng)用,它存在于現(xiàn)代人每日生活和經(jīng)濟(jì)活動的大部分行業(yè),常規(guī)的應(yīng)用制品包含智能手機(jī)、車載鏡頭、安防監(jiān)控設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、光碟機(jī)、投影機(jī)等,高端的應(yīng)用制品包含航空航天監(jiān)測鏡頭、生物識別設(shè)備、生命科學(xué)中 DNA 測序等科研設(shè)備、醫(yī)療檢測儀器鏡頭、半導(dǎo)體檢測設(shè)備以及大視場投影鏡頭(如 IMAX)、3D 打印機(jī)等儀器設(shè)備所需的光學(xué)元器件及光學(xué)鏡頭。隨著科技的進(jìn)步和制造工藝的提高,智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子制品逐步作為居民重要的消費(fèi)制品,其更新?lián)Q代的加快、制品周期的縮短帶動了光學(xué)元器件行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。近些年來安防監(jiān)控設(shè)備、車載鏡頭、航天航空行業(yè)的快速發(fā)展對光學(xué)元器件行業(yè)的增長起到了推動功效

①智能手機(jī)應(yīng)用市場 

近年來,國內(nèi)品牌手機(jī)實(shí)現(xiàn)大幅增長,帶動了產(chǎn)業(yè)鏈上游的發(fā)展。隨著智能手機(jī)的普及,攝像頭已作為手機(jī)標(biāo)配,而手機(jī)廠商在推出手機(jī)新品時(shí)思慮在攝像頭像素上更新升級,以迎合市場需要,攝像頭高清化作為手機(jī)廠商必爭之地。與此同期,智能手機(jī)、平板電腦配備攝像頭和雙攝像頭的比例在快速提高

智能手機(jī)的更新?lián)Q代帶動了光學(xué)元器件的持續(xù)發(fā)展,將來隨著 3D 手勢掌控和眼球跟蹤等功能的持續(xù)開發(fā),智能手機(jī)廠商將在新的機(jī)型中配置更加多攝像頭以實(shí)現(xiàn)對以上功能的支持,對光學(xué)元器件的需要將進(jìn)一步提高

②安防監(jiān)控應(yīng)用市場 

近年來我國出臺多項(xiàng)政策逐步推進(jìn)安全城市概念,高清化攝像頭做為交管監(jiān)控、偵查線索被廣泛應(yīng)用,視頻監(jiān)控市場逐步從一線城市擴(kuò)大到二三線城市。

隨著公共與個(gè)人安全越來越受到注重,視頻監(jiān)控市場的高速發(fā)展連續(xù)推動精細(xì)光學(xué)鏡片需要的增長,在將來幾年將繼續(xù)維持高景氣。 

③車載鏡頭行業(yè)分析 

隨著全世界汽車銷量的增長以及行車安全愈來愈受到人們的注重,車載攝像頭市場進(jìn)入快速增長時(shí)間。車載攝像頭擁有廣泛的應(yīng)用空間,根據(jù)應(yīng)用行業(yè)可分為行車輔助(行車記錄儀、ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))與主動安全系統(tǒng))、駐車輔助(全車環(huán)視)與車內(nèi)人員監(jiān)控,貫穿行駛到泊車的全過程,日前運(yùn)用最多的是前視以及后視攝像頭,隨著 ADAS 系統(tǒng)滲透率加強(qiáng)以及人臉識別等技術(shù)運(yùn)用于汽車電子行業(yè),車內(nèi)以及側(cè)視攝像頭將會得到進(jìn)一步應(yīng)用。

④航天航空行業(yè) 

隨著人們出行、旅游、拍攝等方面需要的不斷增長,近年來軍民融合概念的逐步深化,航天航空業(yè)得到較快發(fā)展,民用與軍用無人機(jī)、雷達(dá)、空中交通工具均實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)程度的增長,帶動了航天航空用光學(xué)元器件的發(fā)展。《中國制造 2025》提出,要大力推動航空航天裝備等重點(diǎn)行業(yè)突破發(fā)展。將來隨著無人機(jī)等廣泛應(yīng)用于影視宣傳航拍航攝、農(nóng)林業(yè)植保、電力巡檢、國家應(yīng)急救援、物流物資運(yùn)輸、交通監(jiān)察、環(huán)境監(jiān)測等,航天航空用光學(xué)元器件有望迎來下一波快速發(fā)展。

(2)鍍膜材料在光學(xué)元器件行業(yè)的應(yīng)用 

因?yàn)?/span>現(xiàn)代精細(xì)光學(xué)元件向功能集成化和高精度方向發(fā)展,光學(xué)元器件的分光光譜特性等需依靠光學(xué)鍍膜實(shí)現(xiàn),光學(xué)鍍膜技術(shù)已作為光學(xué)元器件行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一,運(yùn)用的 PVD 鍍膜材料包含濺射靶材和蒸鍍材料。

光學(xué)元器件鍍膜指的是在光學(xué)元器件上或獨(dú)立的基板材料上鍍上一層或多層,乃至數(shù)百層的介電質(zhì)膜、金屬膜、介電質(zhì)膜與金屬膜構(gòu)成的膜系,來改變光波傳導(dǎo)的特性,包含光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改變。精細(xì)光學(xué)鍍膜的偏振分光、減反射、光譜波長準(zhǔn)確定位(一般在納米級)等特性是日前其他技術(shù)難以替代的,因此光學(xué)鍍膜技術(shù)是光學(xué)元器件加工的關(guān)鍵技術(shù),其擁有較高的技術(shù)門檻,日前有效、高品質(zhì)、低成本的批量化生產(chǎn)技術(shù)仍然僅有少許光學(xué)加工企業(yè)把握

近年來,濺射鍍膜等鍍膜技術(shù)起始應(yīng)用于光學(xué)鍍膜,提高效率和良品率、降低成本效果顯著作為實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)精細(xì)光學(xué)元器件的重要技術(shù)。 

將來受益于全世界及中國光學(xué)元器件行業(yè)與技術(shù)的發(fā)展,將對 PVD 鍍膜材料的需要有著直接的拉動功效。

3、其他下游應(yīng)用行業(yè) 

(1)半導(dǎo)體行業(yè) 

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)由集成電路、半導(dǎo)體分立器件、光電器件和傳感器等制品形成,其中集成電路是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最大的構(gòu)成部分,是濺射靶材重要應(yīng)用行業(yè)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展,需求集成電路的集成度越來越高,電路中單元器件尺寸持續(xù)縮小,元件尺寸由毫米級到微米級,再到納米級。每一個(gè)單元器件內(nèi)部由襯底、絕緣層、介質(zhì)層、導(dǎo)體層及守護(hù)層等構(gòu)成,其中,介質(zhì)層、導(dǎo)體層乃至守護(hù)層都要用到濺射鍍膜工藝,濺射靶材是制備集成電路的核心材料之一。

集成電路中所運(yùn)用的薄膜制品包含電極互連線膜、阻擋層薄膜、接觸薄膜、光刻薄膜、電容器電極膜、電阻薄膜等,運(yùn)用的濺射靶材重點(diǎn)包含鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等。

(2)太陽能電池行業(yè) 

太陽能光伏行業(yè)中,PVD 鍍膜材料重點(diǎn)應(yīng)用于太陽能電池。按太陽能電池的結(jié)構(gòu)劃分,可分為結(jié)晶硅和薄膜太陽能電池二大族群。日前,PVD 鍍膜工藝重點(diǎn)在薄膜太陽能電池中運(yùn)用,重點(diǎn)鍍膜材料為濺射靶材。其中,較為常用的濺射靶材包含鋁靶、銅靶、鉬靶、鉻靶以及 ITO 靶、AZO 靶( Aluminum Zinc Oxide,氧化鋁鋅)等,純度需求通常在 99.99%以上,其中,鋁靶、銅靶用于導(dǎo)電層薄膜,鉬靶、鉻靶用于阻擋層薄膜,ITO 靶、AZO 靶用于透明導(dǎo)電層薄膜。

結(jié)晶硅技術(shù)長時(shí)間在太陽能電池產(chǎn)業(yè)中占據(jù)主流地位,因?yàn)?/span>其成本較高,業(yè)內(nèi)始終經(jīng)過提高電池轉(zhuǎn)換效率、降低硅片切割厚度等技術(shù)來降低成本;與此同期,薄膜太陽能電池因其生產(chǎn)成本低、弱光性好(即在陰天發(fā)電能力強(qiáng))、容易集成等優(yōu)良,逐步受到行業(yè)關(guān)注并增長快速,將來薄膜太陽能電池市場占有率將逐步加強(qiáng)

(3)磁記錄媒介行業(yè) 

光磁記錄媒介重點(diǎn)包含光記錄媒介與磁記錄媒介兩種,采用濺射鍍膜工藝進(jìn)行鍍膜。其中,光記錄媒介按照盤片的類別和功能區(qū)別,鍍膜的需求區(qū)別,重復(fù)讀寫型盤片工藝最繁雜,需要鍍?nèi)龑幽ぃ謩e為反射層、介電層和記錄層;其余盤片則只需鍍反射層或半反射層。光記錄媒介需求濺射靶材擁有良好的薄膜特性、濺鍍效率、清凈度、晶像均勻性和回收系統(tǒng)等特性。磁記錄媒介需求濺射靶材擁有高純度、低氣體含量、細(xì)晶微結(jié)構(gòu)、均勻的金相、高磁穿透和運(yùn)用率、優(yōu)異的電性與機(jī)械特性等。

(4)節(jié)能玻璃行業(yè) 

日前,PVD 鍍膜材料在節(jié)能玻璃行業(yè)重點(diǎn)應(yīng)用于建筑節(jié)能玻璃及汽車鍍膜玻璃這兩個(gè)行業(yè)中,鍍膜材料重點(diǎn)為濺射靶材。 

濺射靶材在建筑節(jié)能行業(yè)重點(diǎn)用于低輻射鍍膜玻璃(Low-E 玻璃),Low-E玻璃是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物構(gòu)成的膜系制品,該制品對可見光有較高的透射率,對紅外線(尤其是中遠(yuǎn)紅外)有較高的反射率,擁有良好的隔熱性能,能達(dá)到掌控陽光、節(jié)約能源、熱量掌控調(diào)節(jié)及改善環(huán)境的功效,是日前全世界重點(diǎn)的建筑節(jié)能玻璃。

在汽車鍍膜玻璃中,濺射靶材日前重點(diǎn)用于汽車前風(fēng)窗玻璃上,汽車鍍膜玻璃是采用濺射鍍膜技術(shù),在玻璃內(nèi)表層鍍上多層納米級的金屬膜,使太陽光的紅外線有效的被反射,阻隔熱能進(jìn)入車身體,降低空調(diào)負(fù)荷,同期維持良好的透光性,保持視野的清晰,較好的處理了貼膜玻璃存在的缺陷。在歐美等發(fā)達(dá)國家,鍍膜玻璃已做為中高檔轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置,隨著我國人民生活水平的加強(qiáng),汽車鍍膜玻璃已得到越來越多汽車制造商和消費(fèi)者的喜愛。

行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè) 

1、重點(diǎn)跨境企業(yè) 

(1)世泰科 

世泰科集團(tuán)(H.C.Starck)1920 年于德國柏林成立,是一家國際跨境集團(tuán),總部位置于德國慕尼黑,世泰科致力于客戶化的高性能金屬與陶瓷粉末以及金屬制品的開發(fā)與生產(chǎn),其鉭粉、鎢粉、鉭質(zhì)濺射靶材以及鎳鈮制品全世界市場占有率排名前列,是擁有全世界領(lǐng)先技術(shù)的金屬循環(huán)利用商。

世泰科特種材料(太倉)有限機(jī)構(gòu)是世泰科在中國設(shè)立的從事新材料的子機(jī)構(gòu),成立于 2006 年 5 月 8 日,注冊資本 1,392 萬美元,經(jīng)營范圍:生產(chǎn)有色金屬復(fù)合材料、新型合金材料、陶瓷材料、表面處理材料和電子助劑,營銷機(jī)構(gòu)自產(chǎn)制品供給關(guān)聯(lián)技術(shù)咨詢和售后服務(wù);從事本機(jī)構(gòu)生產(chǎn)的同類制品的批發(fā)、進(jìn)出口及傭金代理業(yè)務(wù)(拍賣除外)。

(2)賀利氏 

賀利氏集團(tuán)(Heraeus)成立于 1851 年,總部位置于德國哈瑙市,是國際著名的集貴金屬化工制品開發(fā)、生產(chǎn)及營銷服務(wù)的高科技跨境集團(tuán)機(jī)構(gòu),重點(diǎn)從事貴金屬材料與技術(shù)、齒科材料、石英玻璃、工業(yè)傳感器和特種光源等高新技術(shù)行業(yè)制品廣泛服務(wù)于半導(dǎo)體行業(yè),其中高純石英和濺射靶材、蒸發(fā)材料應(yīng)用于芯片制造、導(dǎo)電膠和鍵合絲應(yīng)用于集成電路、分立器件和光電器件的封裝。

上海賀利氏工業(yè)技術(shù)材料有限機(jī)構(gòu)是賀利氏在中國設(shè)立的從事新材料的子機(jī)構(gòu),成立于 1994 年 9 月 19 日,注冊資本 810 萬美元,經(jīng)營范圍:回收利用、加工、生產(chǎn)銥粒,催化網(wǎng),鉑族(鉑、銠、鈀、釕、銥、鋨)化合物,電子漿料,陶瓷顏料,鉑金漏板,硬質(zhì)合金軸承珠和微型刀具,鉑銠熱電偶絲和配件,實(shí)驗(yàn)室用鉑金器皿,模壓塑料/金屬組體,用鈦、鈮、鋯和鉭制成的電極和耐腐管子管材,真空靶材,母合金顆粒,電路、零部件材料及鈀、銠、銥、釕、鋨、硅樹脂、鍺、鉻、銦和錫材料,金屬和陶瓷類義齒材料,營銷自產(chǎn)制品。

(3)優(yōu)美科 

優(yōu)美科集團(tuán)(Umicore)是一家全世界材料科技集團(tuán),總部位置于比利時(shí)。優(yōu)美科持有四大業(yè)務(wù)集團(tuán):催化、能源材料、高性能材料和回收。每一個(gè)業(yè)務(wù)集團(tuán)又劃分為以市場為導(dǎo)向的區(qū)別業(yè)務(wù)單位,這些業(yè)務(wù)單位供給走在技術(shù)發(fā)展前沿并且是平常生活所必需的材料和處理方法。優(yōu)美科在全世界各大洲開展運(yùn)營,客戶群遍及全世界。優(yōu)美科2014-2016年度的營銷額分別是88.28億歐元、104.42 億歐元、110.86億歐元。

優(yōu)美科先導(dǎo)薄膜技術(shù)有限機(jī)構(gòu)是優(yōu)美科在中國設(shè)立的從事濺射靶材的子機(jī)構(gòu),于 2014 年 9 月 11 日在廣東省清遠(yuǎn)市成立,注冊資本為 14,000 萬元,經(jīng)營范圍:在中國行業(yè)內(nèi)研發(fā)、生產(chǎn)、綁定、營銷和營銷平板及旋轉(zhuǎn)氧化銦錫(“ITO”)濺射靶材(“ITO”靶材);為生產(chǎn) ITO 靶材或蒸鍍級 ITO,在中國行業(yè)內(nèi)研發(fā)、生產(chǎn)、營銷和營銷以下中間品:氧化銦、氫氧化銦、ITO 粉末和 ITO 丸;在中國行業(yè)內(nèi)回收 ITO 廢靶、ITO 生產(chǎn)廢料和運(yùn)用 ITO 靶材產(chǎn)生的副制品;為金屬套期保值和庫存管理的目的營銷銦。

北京優(yōu)美科巨玻薄膜制品有限機(jī)構(gòu)是優(yōu)美科在中國設(shè)立的從事光學(xué)鍍膜材料生產(chǎn)的子機(jī)構(gòu),成立于 1991 年 11 月 21 日,注冊資本 54 萬元,經(jīng)營范圍:生產(chǎn)光學(xué)鍍膜材料和制品及其它薄膜鍍膜材料和制品;營銷自產(chǎn)制品等。 

(4)普萊克斯 

普萊克斯機(jī)構(gòu)(Praxair)總部位置于美國,是世界最大的氣體供應(yīng)商之一,該機(jī)構(gòu)最初創(chuàng)建于 1907 年,重點(diǎn)制品包含大氣氣體制品、生產(chǎn)氣體制品以及表面技術(shù)制品。普萊克斯機(jī)構(gòu)重點(diǎn)服務(wù)于航空航天、化工、醫(yī)療保健、金屬生產(chǎn)、石油天然氣、能源、電子等行業(yè),其中其電子行業(yè)的重點(diǎn)制品包含電子設(shè)備、大氣氣體傳送系統(tǒng)、濺射靶材等,其濺射靶材重點(diǎn)應(yīng)用于電子及半導(dǎo)體行業(yè)。

2014-2016 年度,普萊克斯營銷額分別為 122.73 億美元、107.76 億美元、105.34億美元,其中濺射靶材所屬的表面技術(shù)制品營銷額分別為 6.79 億美元、6.09 億美元、5.96 億美元。 

(5)霍尼韋爾 

霍尼韋爾國際機(jī)構(gòu)(Honeywell International Inc.)成立于 1885 年,總部位置于美國,持有航空航天集團(tuán)、自動化掌控系統(tǒng)集團(tuán)以及特殊材料和技術(shù)集團(tuán)三大業(yè)務(wù)分部。其中特殊材料和技術(shù)集團(tuán)下屬特性材料業(yè)務(wù)分部重點(diǎn)制品之一電子原材料包含熱界面材料、電子化學(xué)品、電子聚合物、貴金屬熱電偶、靶材、線圈組和金屬材料等?;裟犴f爾的重點(diǎn)靶材包含鈦鋁靶、鈦靶、鋁靶、鉭靶、銅靶等。

2014-2016 年度霍尼韋爾營銷額分別為 403.06 億美元,385.81 億美元、393.02 億美元,其中靶材所屬的新材料營銷額分別為 39.04 億美元、35.10 億美元、33.27億美元。 

(6)住友化學(xué) 

住友化學(xué)株式會社(Sumitomo Chemical Company, Limited)成立于 1913 年,總部位置于日本,重點(diǎn)服務(wù)于石油化學(xué)、能源-功能材料、情報(bào)電子化學(xué)、健康-農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)事業(yè)和醫(yī)藥五大行業(yè)。其中情報(bào)電子化學(xué)向 ICT 關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)供給液晶表示器中運(yùn)用的光學(xué)薄膜和彩色光阻劑,半導(dǎo)體制造過程中運(yùn)用的光刻膠和高純度藥物,電子零部件和電動汽車所運(yùn)用的超級工程塑料,以及鋰離子二次電池用構(gòu)件等各類制品。2014-2016 財(cái)年(上年 4 月 1 日至當(dāng)年 3 月 31 日),住友化學(xué)營銷額分別為 2.24 萬億日元,2.38 萬億日元、2.10 萬億元,其中濺射靶材所屬的情報(bào)電子化學(xué)行業(yè)營銷額分別為 3,623 億日元、4,051 億日元、4,091 億日元。住友化學(xué)在國內(nèi)設(shè)立的子機(jī)構(gòu)中從事新材料關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)的有住化電子材料科技(無錫)有限機(jī)構(gòu)、住化電子材料科技(上海)有限機(jī)構(gòu)、住化華北電子材料科技(北京)有限機(jī)構(gòu)三家機(jī)構(gòu)。

住化電子材料科技(無錫)有限機(jī)構(gòu)成立于 2004 年 7 月 26 日,注冊資本16,222.22 萬美元,經(jīng)營范圍:研發(fā)、生產(chǎn)半導(dǎo)體、元器件專用材料、電子用高科技化學(xué)品、工程塑料、塑料板;并供給售后服務(wù)、技術(shù)服務(wù);自有廠房租賃;從事以上制品的批發(fā)、零售、傭金代理及進(jìn)出口業(yè)務(wù),設(shè)備租賃。

住化電子材料科技(上海)有限機(jī)構(gòu)成立于 2001 年 9 月 14 日,注冊資本 777.78 萬美元,經(jīng)營范圍:區(qū)內(nèi)光學(xué)用多功能薄膜的生產(chǎn)加工及光學(xué)用多功能薄膜加工設(shè)備、器械(斜角剪切機(jī)、壓力貼合機(jī)、半裁機(jī)、萬能剪切機(jī)、重繞機(jī))的制造,金屬鎵的精制、加工;應(yīng)用于液晶面板及半導(dǎo)體前制程的濺射靶材與靶材襯底的貼合加工,以及其他相關(guān)液晶表示器用零部件的制造;營銷自產(chǎn)制品等。

住化華北電子材料科技(北京)有限機(jī)構(gòu)成立于 2009 年 11 月 16 日,注冊資本 4,366.67 萬美元。經(jīng)營范圍:生產(chǎn) TFT-LCD 平板表示屏材料;TFT-LCD 平板表示屏材料的研發(fā);技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù);營銷自產(chǎn)制品;TFT-LCD 平板表示屏材料、電子材料的批發(fā)、傭金代理(拍賣除外)、進(jìn)出口業(yè)務(wù)。

(7)東曹 

東曹株式會社(Tosoh Corporation)成立于 1935 年,總部位置于日本,其功能制品分部由有機(jī)化學(xué)制品、高機(jī)能材料制品、生命科學(xué)三部分構(gòu)成,其中高機(jī)能材料制品重點(diǎn)包含電池材料、石英玻璃、分子篩、濺射靶材等。其濺射靶材經(jīng)過在美國、日本、韓國和中國的生產(chǎn)基地生產(chǎn),重點(diǎn)用于半導(dǎo)體、太陽能發(fā)電、平板表示器、磁記錄媒介行業(yè)。2014-2016 財(cái)年(上年 4 月 1 日至當(dāng)年 3 月 31日)東曹營銷額分別為 7,722.72 億日元、8,096.84 億日元、7,537.36 億日元。

東曹達(dá)(上海)電子材料有限機(jī)構(gòu)是東曹株式會社在中國設(shè)立的觸及濺射靶材業(yè)務(wù)的子機(jī)構(gòu),成立于 2011 年 7 月 6 日,注冊資本 100 萬美元,經(jīng)營范圍:開發(fā)、生產(chǎn)、加工機(jī)電、電子、半導(dǎo)體、光能設(shè)備、關(guān)聯(lián)材料制品(濺射靶材、石英)及以上關(guān)聯(lián)制品零部件,營銷機(jī)構(gòu)自產(chǎn)制品,并供給倉儲;同類商品(特定商品除外)的批發(fā)、進(jìn)出口、傭金代理(拍賣除外)及關(guān)聯(lián)制品售后技術(shù)、咨詢等配套服務(wù);電子材料科技行業(yè)內(nèi)的技術(shù)研發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)及技術(shù)轉(zhuǎn)讓業(yè)務(wù)。

(8)JX 金屬  

JX 金屬株式會社(JX Nippon Mining & Metals Corporation)成立于 1992 年,為 JX 控股子機(jī)構(gòu)。JX 控股總部位置于日本,重點(diǎn)有能源業(yè)務(wù)、石油天然氣探測和生產(chǎn)業(yè)務(wù)、金屬業(yè)務(wù)三大業(yè)務(wù),其中金屬業(yè)務(wù)為 JX 金屬運(yùn)營,JX 金屬以銅為中心,致力開展從上游的資源研發(fā)、中游的金屬冶煉至下游的電子材料加工、環(huán)保資源再生業(yè)務(wù),重點(diǎn)制品包含銅箔、復(fù)合半導(dǎo)體、金屬粉末、濺射靶材等,其中濺射靶材重點(diǎn)用于大規(guī)模集成電路、平板表示、相變光盤等。2014-2016 財(cái)年(上年 4 月 1 日至當(dāng)年 3 月 31 日)JX 控股與金屬業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)營銷額分別為 10,391億日元、11,560 億日元和 10,497 億日元。

(9)愛發(fā)科 

日本愛發(fā)科真空技術(shù)株式會社(ULVAC,Inc.)成立于 1952 年,總部位置于日本,設(shè)有真空設(shè)備分部和真空應(yīng)用分部,重點(diǎn)制品分為真空設(shè)備、真空組件和原材料三大類,其中原材料包含高性能材料和濺射靶材,其濺射靶材重點(diǎn)應(yīng)用于平板顯示、半導(dǎo)體、太陽能電池等行業(yè),另外愛發(fā)科還能夠生產(chǎn) ITO 靶材。2014-2016財(cái)年(上年 7 月 1 日至當(dāng)年 6 月 30 日),愛發(fā)科的營銷額分別 1,738.78 億日元、1,791.74 億日元、1,924.37 億日元,其中 2014、2015 財(cái)年濺射靶材所屬的真空應(yīng)用分部營銷額分別為 360.68 億日元、315.33 億日元、320.00 億日元。

愛發(fā)科真空技術(shù)(蘇州)有限機(jī)構(gòu)是愛發(fā)科中國設(shè)立的觸及濺射靶材業(yè)務(wù)的子機(jī)構(gòu),成立于 2003 年 7 月 8 日,注冊資本為 3,450 萬美元,經(jīng)營范圍重點(diǎn)是:液晶、半導(dǎo)體生產(chǎn)用安裝,真空爐,真空關(guān)聯(lián)安裝、零部件的科研研發(fā)、生產(chǎn)、加工,營銷制品供給售后服務(wù)。自有多余廠房出租(出租對象僅限于與本機(jī)構(gòu)生產(chǎn)經(jīng)營直接相關(guān)的或集團(tuán)內(nèi)部企業(yè));本機(jī)構(gòu)生產(chǎn)制品的同類商品及原材料的批發(fā)、進(jìn)出口、傭金代理(拍賣除外)及關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)。

(10)三井礦業(yè) 

三井礦業(yè)冶煉有限機(jī)構(gòu)(Mitsui Mining & Smelting Co.,Ltd.)成立于 1950 年,主營業(yè)務(wù)包含工程材料、電子材料制造和營銷,非鐵金屬加工、資源研發(fā)、貴金屬回收、原材料關(guān)聯(lián)事業(yè),汽車配件制造和營銷等。2014-2016 年度的營銷額分別為 4,410.46 億日元、4,732.74 億日元、4,506.53 億日元。其中 PVD 鍍膜材料所屬分部 2014、2015 年度的營銷額分別為 1,366 億日元、1,532 億日元、1,440 億日元。

(11)攀時(shí) 

奧地利攀時(shí)集團(tuán)(Plansee)成立于 1921 年,是專注于生產(chǎn)、加工與營銷難熔金屬鉬與鎢的供應(yīng)商,攀時(shí)集團(tuán)旗下包含三個(gè)業(yè)務(wù)群與一個(gè)控股機(jī)構(gòu):攀時(shí)高性能材料制造難熔金屬部件、森拉天時(shí)制造硬質(zhì)合金刀具、GTP 為集團(tuán)供應(yīng)鎢精礦、Molymet 為集團(tuán)供應(yīng)鉬精礦。

攀時(shí)運(yùn)用鋁、鈦、鋯、鉻等金屬與陶瓷材料生產(chǎn)濺射靶材與電弧陰極。攀時(shí)濺射靶材與電弧陰極的性能尤其之處:優(yōu)異的材料純度;極高的材料密度;極其精細(xì)的晶粒以及微觀結(jié)構(gòu)。2015 年度、2016 年度,攀時(shí)的營銷額分別為 11.82億歐元、21.68 億歐元。

(12)佳能 

佳能機(jī)構(gòu)(Canon Inc.)1937 年創(chuàng)立,總部位置于日本東京,與美洲、歐洲、亞洲和大洋洲的各區(qū)域總部緊密聯(lián)系,構(gòu)筑了全世界化與本土化有機(jī)結(jié)合的經(jīng)營體制。日前,佳能事業(yè)以光學(xué)技術(shù)為核心,涵蓋了影像系統(tǒng)制品、辦公制品以及產(chǎn)業(yè)設(shè)備等廣泛行業(yè)。其中,產(chǎn)業(yè)設(shè)備及其他事業(yè)行業(yè)重點(diǎn)包含:數(shù)碼印刷系統(tǒng)、生產(chǎn)型照片輸出系統(tǒng)、業(yè)務(wù)用高速連續(xù)紙打印機(jī)、彩色標(biāo)簽/卡片打印機(jī)、眼科設(shè)備、安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)、工業(yè)相機(jī)、半導(dǎo)體揭發(fā)設(shè)備、FPD(平板表示器)揭發(fā)設(shè)備、液晶表示屏制造設(shè)備、混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、3D 設(shè)備視覺系統(tǒng)、手持終端、元件、固晶體、真空鍍膜設(shè)備等。2014-2016 年度佳能營銷額分別是 37,272.52 億日元、38,002.71 億日元、34,014.87 億日元。

(13)默克 

德國默克集團(tuán)(Merck)成立于 1668 年,默克包含醫(yī)藥健康、生命科學(xué)、高性能材料等事業(yè)部,其中高性能材料事業(yè)部包含多種特殊化學(xué)制品,如液晶表示屏、用于涂料和打扮品的效果顏料,或是電子行業(yè)的高新技術(shù)材料。2014-2016年度,默克營銷額分別為 422.37 億美元、394.98 億美元和 398.07 億美元。

2、國內(nèi)重點(diǎn) PVD 鍍膜材料廠商 

日前中國涌現(xiàn)了一批 PVD 鍍膜材料行業(yè)的參與者,其中以有研億金、江豐電子和阿石創(chuàng)擁有表率性;同期,隆華節(jié)能經(jīng)過收購其他 PVD 鍍膜材料廠商的股權(quán)介入 PVD 鍍膜材料行業(yè)。有研億金、江豐電子與隆華節(jié)能簡介如下:

(1)有研億金 

有研億金新材料有限機(jī)構(gòu)為有研新材料股份有限機(jī)構(gòu)(600206.SH)之全資子機(jī)構(gòu),成立于 2000 年 10 月,總部位置于北京,注冊資本 20,000 萬元,有研億

重點(diǎn)開發(fā)、生產(chǎn)、營銷微電子光電子用薄膜新材料、生物醫(yī)用新材料、貴金屬材料及制品,并開展稀有及貴金屬材料信息咨詢、技術(shù)服務(wù)和套期保值等業(yè)務(wù);重點(diǎn)制品包含高純金屬靶材、蒸鍍材料、口腔正畸器具、醫(yī)療用介入支架和貴金屬合金、化合物等,其靶材制品重點(diǎn)包含鋁及其合金靶材、鈦靶、銅靶、鉭靶等。

(2)江豐電子 

寧波江豐電子材料股份有限機(jī)構(gòu)成立于 2005 年 4 月,注冊資本 21,876.00萬元。江豐電子主營業(yè)務(wù)為高純?yōu)R射靶材的開發(fā)、生產(chǎn)和營銷重點(diǎn)制品各樣

高純?yōu)R射靶材,包含鋁靶、鈦靶、鉭靶、鎢鈦靶等,重點(diǎn)用于制備電子薄膜材料。

日前,江豐電子制品重點(diǎn)應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能電池及平板表示器等行業(yè)。

(3)隆華節(jié)能 

洛陽隆華傳熱節(jié)能股份有限機(jī)構(gòu)(300263,SZ)成立于 1995 年 7 月 5 日,于 2011 年 9 月 16 日在創(chuàng)業(yè)板上市,主營業(yè)務(wù)為熱傳節(jié)能制品、環(huán)保水處理制品及服務(wù)。隆華節(jié)能分別于 2015 年和 2016 年經(jīng)過收購洛陽高新四豐電子材料有限機(jī)構(gòu)和廣西晶聯(lián)光電材料有限責(zé)任機(jī)構(gòu)介入 PVD 鍍膜材料行業(yè)。四豐電子和晶聯(lián)光電基本狀況如下(資料來源:隆華節(jié)能定時(shí)報(bào)告及關(guān)聯(lián)公告、國家企業(yè)信用信息公示系統(tǒng)):

四豐電子成立于 2001 年 6 月,日前注冊資本 7,000.00 萬元,重點(diǎn)從事高純金屬及合金材料業(yè)務(wù),制品以鉬靶材為主。2015 年 1 月,隆華節(jié)能完成對四豐電子 100%的收購,并于 2016 年 2 月起將其納入合并報(bào)表范圍。 

晶聯(lián)光電成立于 2007 年 9 月,日前注冊資本 8,453.5747 萬元,重點(diǎn)從事氧化銦錫(ITO)靶材的開發(fā)、生產(chǎn)和營銷;2016 年 8 月 24 日,隆華節(jié)能發(fā)布《關(guān)于對外投資的公告》,經(jīng)過股權(quán)轉(zhuǎn)讓及增資方式持有晶聯(lián)光電 70%股權(quán)。

國內(nèi)競爭與前景

靶材隸屬于成膜的材料類,成膜材料又分為:蒸發(fā)材料/濺射靶材等等形式,靶材的應(yīng)用:

1 面板行業(yè):便是一般所說的TFT-LCD還有OLED制程,國內(nèi)的重點(diǎn)生廠商有BOE(京東方)/天馬/華星等等;用到的靶材有:鉬靶/鋁靶/ITO靶/硅靶/硅鋁等等 靶材生產(chǎn)廠家:攀時(shí)(奧地利),GFE,賀利士,梭萊(美國)等等,國內(nèi)的的廠家介入較早的是隆華節(jié)能旗下的四豐電子;阿石創(chuàng)……

 總結(jié):這個(gè)行業(yè)呢此刻好的制程基本都是進(jìn)口,由于進(jìn)口的相針對國內(nèi)的質(zhì)量比較穩(wěn)定,價(jià)格貴一點(diǎn)平攤下來顯不出多貴來了。

 2 半導(dǎo)體行業(yè):半導(dǎo)體行業(yè)除了硅片的行業(yè)不消靶材以外,幾乎每一個(gè)制程都要用到濺射鍍膜機(jī)說是每一個(gè)制程都要用來鍍膜是水鍍是PVD;會運(yùn)用到的靶材有:金靶/銀靶/鉑金靶材/等等 運(yùn)用靶材的機(jī)構(gòu):長電科技,中國電子,紫光,中芯國際,華微電子,順絡(luò)電子,東晶電子,泰晶科技,富士通/士蘭微電以及各式各樣的科研所等等等等,總之是太多太多 靶材機(jī)構(gòu):寧波江豐/有研新材/招金勵福(上市排隊(duì)中)/光陽化學(xué)(臺灣機(jī)構(gòu),老板已然被臺灣檢方帶走了,炒期貨賠了N億,阿石創(chuàng)

3 太陽能行業(yè):太陽能行業(yè)僅限薄膜太陽能才可用到PVD鍍膜,行業(yè)內(nèi)最大的便是漢能了;然則漢能和他的全資子機(jī)構(gòu)之間。。。。呵呵;所用的靶材:此刻已然發(fā)展到用銅銦鎵硒的技術(shù)了;靶材生產(chǎn)廠商:贛州研創(chuàng)(臺灣機(jī)構(gòu))/深圳歐萊等等等等 4 Low-e樓宇玻璃鍍膜行業(yè):前幾年搞大躍進(jìn),這個(gè)行業(yè)是產(chǎn)能過剩行業(yè),利潤最低的機(jī)構(gòu),比很強(qiáng)機(jī)構(gòu)有信義玻璃/南玻A/耀皮玻璃/臺玻;所用靶材:銀靶/鎳鉻靶材/AZO(陶瓷靶)/硅鋁等等 靶材廠:梭萊(美國)/安泰科技/招金勵福(再排隊(duì))/阿石創(chuàng) 等等。

4、還有便是刀具鍍膜/外觀鍍膜/柔性鍍膜等等等等

其實(shí)咱們所能用的東西中非常多的都是要用來鍍膜的。

附:光學(xué)鍍膜技術(shù)與應(yīng)用:薄膜及其特性講解

附:真空鍍膜材料

更加多舉薦威兆半導(dǎo)體得到小米戰(zhàn)略投資,主攻功率 MOSFET、IGBT美格智能擬定增6.04億元投入5G+AIoT模組等項(xiàng)目技術(shù)前沿:設(shè)備視覺SLAM (附車載立體視覺應(yīng)用的六大趨勢)汽車自動駕駛產(chǎn)業(yè)鏈深度科研:AI加持,賦能自動駕駛廣闊市場激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)專題科研:激光鋰電設(shè)需要騰飛,精選細(xì)分行業(yè)龍頭        

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