CN101445910A - 可调沉积速率的真空镀膜机挡板 - Google Patents
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Abstract
一种可调沉积速率的真空镀膜机挡板，包括一块耐高温的圆板，该圆板的圆心处垂直地连接一个转轴，该转轴的下端连接一驱动装置，其特点在于所述的圆板，自圆心辐射地划分为多个扇区，这些扇区依次为全挡区、不挡区和一个以上阻挡程度由小变大的阻挡区直至所述的全挡区，所述的不挡区是该扇区的面板被挖空，所述的全挡区是该扇区的面板完全保留，所述的阻挡区的扇区各开设有孔径由大到小，密度由密集到疏松的多个通孔，而同一扇区的通孔的孔径相同，密度均匀；所述的扇区的大小完全覆盖膜料蒸发源。本发明能有效地在不改变蒸发方法和镀膜材料蒸发速率的情况下多级调整薄膜的沉积速率，从而达到改善薄膜沉积性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及热蒸发制备薄膜的工艺，特别是一种在热蒸发过程中可调沉积速率的真空镀膜机挡板。
背景技术
真空热蒸发镀膜工艺包括沉积速率、真空度、基底温度等多种工艺控制方式，其中沉积速率控制主要决定了光学薄膜的聚集密度和厚度均匀性，对膜厚的控制也有直接的影响。不同的沉积速率可使薄膜的光谱性能和机械性能产生显著的差异。不同的蒸发方式下，同样的镀膜材料的沉积速率可能存在着很大的差别；同样的蒸发方式，不同的镀膜材料最适合的沉积速率也高低有别。真空蒸发镀膜机主要以调节蒸发电流或者电子束电流来控制材料的蒸发速率，通过挡板的旋转来控制镀膜过程的开始和结束。现有的镀膜机挡板多为圆形或者扇形的金属板，一端连接有金属柄。金属柄另一端固定在金属旋转轴上，旋转轴采取气动阀门控制旋转挡板。当挡板旋转到蒸发源上方的时候，能够完全遮挡蒸发源，为关闭状态，镀膜材料粒子被遮挡，不能沉积到镀膜基片上；当挡板旋转离开蒸发源上方，为打开状态，镀膜材料粒子能够顺利地沉积到镀膜基片上。现有挡板只有遮挡蒸发源和不遮挡蒸发源两个工作状态，只具备镀膜过程的开关功能。现有挡板功能单一，比较适用于蒸发速率不快的镀膜材料，而一些蒸发速率过快的镀膜材料则不易控制，比如用电子束方法蒸发ZnS、MgF2和Ag等膜料。ZnS属于升华型镀膜材料，很小的电子束束流就会导致ZnS极快速蒸发，十分难以控制它的沉积速率。在采用热舟蒸发金属材料的工艺过程中，由于金属材料在受热蒸发时得到的动能小于溅射方法过程中金属粒子的动能，因此沉积结构比较疏松，聚集密度较低，造成了金属薄膜与基底的结合力不牢、容易受高温潮湿环境的影响。当通过加大蒸发电流来增加金属薄膜的聚集密度时，薄膜沉积的均匀性则会降低，影响了薄膜的光学性能和制备能力。另一方面，对金属薄膜厚度比较敏感的诱导透射滤光片的制备工艺中，在高速蒸发金属材料以保证其光学特性良好与精确控制薄膜厚度和保证薄膜沉积均匀性之间也存在着矛盾。在电子束蒸发颗粒状镀膜材料的工艺过程中，膜料容易受热不均产生喷溅，这是薄膜产生缺陷的主要原因之一。一般遇到上述问题，通常采用改变蒸发方法来回避或者依靠镀膜人员的经验和技术来克服，这常常给生产过程带来不便和较高的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于改善上述现有技术的不足，提供一种可调沉积速率的真空镀膜机挡板，它能有效地在不改变蒸发方法和镀膜材料蒸发速率的情况下多级调整薄膜的沉积速率，从而达到改善薄膜沉积性能的目的。
本发明的技术解决方案如下：
一种可调沉积速率的真空镀膜机挡板，包括一块耐高温的圆板，该圆板的圆心处垂直地连接一个转轴，该转轴的下端连接一驱动装置，其特征在于所述的圆板，自圆心辐射地划分为多个扇区，这些扇区依次为全挡区、不挡区和一个以上阻挡程度由小变大的阻挡区直至所述的全挡区，所述的不挡区是该扇区的面板被挖空，所述的全挡区是该扇区的面板完全保留，所述的阻挡区的扇区各开设有孔径由大到小，密度由密集到疏松的多个通孔，而同一扇区的通孔的孔径相同，密度均匀；所述的扇区的大小完全覆盖膜料蒸发源。
所述的不挡区到所述的全挡区之间有2个阻挡区，分别称为低档区和高档区。
所述的圆板由耐高温的金属或其它固体材料构成，该圆板的厚度为0.5mm～1mm，或所述的通孔经倒角后的孔缘的厚度应小于1mm。
本发明的优点：
本发明具备原有挡板开关镀膜过程的功能，并增加了重要的调整镀膜沉积速率的功能，从而增加了多种镀膜材料高性能的制备方法，并且使用方法灵活，结构比较简单，具有较高的实用性。
利用阻挡区能够通过遮挡部分膜料沉积到基片上，减缓升华型膜料或其他快速蒸发的膜料的沉积速率，提高了蒸发工艺的控制能力。
能够使金属薄膜在保持甚至提高沉积均匀性的情况下，增加金属薄膜沉积的聚集密度，使金属薄膜具有更好的基底结合力和环境稳定性，并可以使金属薄膜同时具有良好光学特性和更精确的膜厚监控能力。
能够遮挡部分不规则飞行的喷溅颗粒，减少蒸发颗粒状的镀膜材料产生喷溅对薄膜的影响。
能够约束蒸发膜料粒子的方向，提高发射蒸汽流的稳定性，提高镀膜机本身的沉积均匀性。
附图说明
图1是本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板实施例的结构示意图。
图2是图1实施例使用状态图。
图3是使用了本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板的光谱曲线。
图4是未使用本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板的光谱曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板实施例的结构示意图。由图可见，本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板包括一块耐高温的圆板6，该圆板6的圆心处垂直地连接一个转轴5，该转轴的下端连接一驱动装置，所述的圆板6，自圆心辐射地划分为4个扇区，这些扇区依次为全挡区3、不挡区4和一个以上阻挡程度由小变大的阻挡区1、2，直至所述的全挡区3，所述的不挡区4是该扇区的面板被挖空，所述的全挡区3是该扇区的面板完全保留，所述的阻挡区1、2的扇区各开设有孔径由大到小，密度由密集到疏松的多个通孔，而同一扇区的通孔的孔径相同，密度均匀，分别称为低档区1和高档区2。所述的不挡区4和全挡区3的大小能完全覆盖膜料蒸发源7，参见图2。
在本实施例的第一象限1打孔径较大、排列较密的通孔，孔径Φ6毫米，通孔面积约为蒸发源面积的
孔横向间距和纵向间距为10毫米，起到少量遮挡蒸发膜料粒子和控制蒸发粒子方向的作用；在第二象限2打孔径较小、排列疏松的孔，孔径Φ4毫米，通孔面积约为蒸发源面积的
孔横向间距和纵向间距为8毫米，起到大量遮挡蒸发膜料粒子并不影响膜料粒子沉积的作用；金属圆板6的中心处连接一个转轴5，下端连接转动装置。金属板板材可为其他耐高温固体材料，形状可根据实际应用情况改变形状。建议板厚为0.5mm～1mm，若厚度大于1mm，应在孔缘处倒角，以免影响膜料蒸发。挡板上的孔需要在蒸发源上方均匀排布，范围要覆盖镀膜夹具和基片以蒸发源为原点在挡板上的投影区域，孔的形状也以圆形为佳，以避免孔的棱角对膜料粒子沉积均匀性的影响。挡板打孔区域的作用为部分遮挡膜料粒子沉积到镀膜基片上，在不改变膜料蒸发速率的情况下降低其沉积速率，并对蒸发气流起到约束和导向的作用，使膜料粒子更均匀地沉积在镀膜基片上。
参见图2，图2是图1实施例使用状态图。在镀膜开始前和镀膜结束后，圆板6旋转至第三象限全挡区3，完全遮挡住蒸发源7，阻止膜料粒子沉积到基片8上；对蒸发速率较低的膜料，圆板6旋转至第四象限不挡区4，完全不遮挡膜料的沉积，这时镀膜材料的蒸发速率和沉积速率是一致的；对于电子枪蒸发升华型、快速蒸发的镀膜材料和热舟蒸发金属材料，可根据需要将圆板6旋转至第一象限低档区1，或者第二象限高档区2，使圆板6带孔区域覆盖在蒸发源7上，蒸发膜料粒子一部分通过圆板6上的孔保持原有动能沉积到基片上，另一部分粒子沉积在圆板6上。圆板6可以减缓快速蒸发镀膜材料在基底8上的沉积速率，提高工艺可控性；可以通过增大蒸发金属材料的电流来增大金属粒子的动能，金属粒子通过圆板6，在提高蒸发速率的情况下保持沉积速率不变，提高了金属薄膜沉积的均匀性(样本平均方差从8.232降低到5.548)的同时使金属薄膜的聚集密度增大，得到良好的光学特性、基底结合力和环境稳定性；结合晶振膜厚控制探头，可以将镀膜过程中薄膜厚度的控制精度从±1.5nm提高到±0.4nm；使蒸发膜料粒子从挡板中的筛孔中穿过的同时，遮挡大量不规则飞行的喷溅颗粒，有效减少膜料喷溅到基底的概率并提高了发射蒸汽流稳定性。
为了证明本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板对薄膜沉积均匀性的改进，实验进行了高速(蒸发电流230A)、中速(蒸发电流200A)和低速(蒸发电流170A)蒸发金属Ag的实验，每次实验夹具上从高到低依次排布四个样品。在实验后分别通过Alpha-Step500台阶仪和Lambda900测试了试验样品的厚度均匀性和光谱均匀性。安装了本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板三次实验样品的平均方差为4.014、6.483、6.148，而没有安装本发明挡板的实验样品的平均方差为7.781、7.430、9.485，试验结果证明安装了本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板对薄膜沉积的均匀性有明显的提高作用。
图3是使用了本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板的光谱曲线。图4是未使用本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板的光谱曲线。由图可见，光谱曲线再一次证明了本发明可调沉积速率的真空镀膜机挡板提高了薄膜沉积的均匀性。
Claims (3)
1、一种可调沉积速率的真空镀膜机挡板，包括一块耐高温的圆板，该圆板的圆心处垂直地连接一个转轴，该转轴的下端连接一驱动装置，其特征在于所述的圆板，自圆心辐射地划分为多个扇区，这些扇区依次为全挡区、不挡区和一个以上阻挡程度由小变大的阻挡区直至所述的全挡区，所述的不挡区是该扇区的面板被挖空，所述的全挡区是该扇区的面板完全保留，所述的阻挡区的扇区各开设有孔径由大到小，密度由密集到疏松的多个通孔，而同一扇区的通孔的孔径相同，密度均匀；所述的扇区的大小完全覆盖膜料蒸发源。
2、根据权利要求1所述的可调沉积速率的真空镀膜机挡板，其特征在于所述的不挡区和所述的全挡区之间有2个阻挡区，分别称为低档区和高档区。
3、根据权利要求1所述的可调沉积速率的真空镀膜机挡板，其特征在于所述的圆板由耐高温的金属或其它耐高温的固体材料构成，该圆板的厚度为0.5mm～1mm，或所述的通孔经倒角后的孔缘的厚度小于1mm。
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