NL8401158A - Inrichting met dunne lagen. - Google Patents

Description

N.0. 32343 *J-~-

Inrichting met dunne lagen»

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting met dunne lagen, met een op een onderlaag aangebracht optisch actief systeem bestaande uit afwisselend lagen van MgF2 en van T1O2, met een gemiddelde optische dikte van de afzonderlijke lagen van tenminste 100 nm. Onder op-5 tische dikte wordt in deze beschrijving verstaan het produkt van de werkelijke dikte en de brekingsindex van de materie van de laag. Systemen bestaande uit een aantal lagen van MgF2 en Ti02 worden bijvoorbeeld gebruikt als warmtefilters, stralingsdelers, geen metaal bevattende, sterk reflecterende spiegels, en dergelijke.

10 Bijna alle dunne lagen, onverschillig of zij nu door opdampen, ka- thodeverstuiving of een chemische werkwijze op onderlagen zijn aangebracht, bezitten min of meer sterke trek- of drukspanningen die, als zij te groot worden, zich manifesteren door de vorming van scheuren in de laag of door afbladderen. In de literatuur worden enige oorzaken van 15 spanningen in lagen besproken en worden getalwaarden voor verschillende laagmaterialen opgegeven; een samenvatting vindt men in hoofdstuk 12 van het “Handbook of Thin Films", Mc Graw Hill Inc., 1970.

In het algemeen kan worden gezegd dat de deskundigen het er over eens zijn dat spanningen in lagen van een aantal verschillende factoren 20 afhankelijk zijn, en dat reeds kleine veranderingen van de omstandigheden waaronder de vervaardiging plaatsvindt aanzienlijk andere spanningen ten gevolge kunnen hebben. Naast de chemische aard van de materie van de laag en de hierdoor bepaalde thermische uitzettingscoëfficiënt worden vooral ook verontreinigingen beschouwd als oorzaak van de wisse-25 lende grootte van de spanning bij een en hetzelfde laagmateriaal. Span-ningstoestanden kunnen niet slechts leiden tot beschadiging van de laag door haarscheuren en afbladderen van de onderlaag of van de lagen onderling, maar kan bovendien een deformatie van optische oppervlakken ten gevolge hebben die bij precisietoepassingen in de optiek, zoals 30 bijvoorbeeld interferentiesystemen, op storende wijze blijkt. Deze deformatie vormt zelfs de basis van een meetwerkwijze voor het bepalen van de laagspanning die gewoonlijk wordt aangegeven als een kracht per cm^ die in de doorsnede door de laag loodrecht op het laagoppervlak aangrijpt.

35 Voor opgedampte lagen van MgF2 is uit de literatuur (A.E. Ennos,

Applied Opties, _5 (januari 1966), blz. 51) bekend, dat λ/4-lagen zoals dikwijls in de optische techniek worden toegepast en die (afhankelijk van de referentiegolflengte) een laagdikte van 100 nm of meer bezitten, 8401158 2 • -V "v spanningen tot 5000 kp per cm^ vertonen, die als de laag wordt blootgesteld aan vochtige lucht, later weer af nemen tot ongeveer 3400 kp per cm^. jn ieder geval moet zo mogelijk worden vermeden dat de lagen water opnemen, omdat daardoor een absorptieband optreedt die meer in het bij-5 zonder bij IR-toepassingen zeer storend blijkt te zijn. In elk geval treden echter, zoals reeds is opgemerkt, bij MgF2“lagen hoge inwendige spanningen op.

Van Ti02_lagen is het bekend, dat deze eveneens grote spanningen in een grootte-orde tot 3600 kp per cm^ bezitten (W. Heitmann, Applied 10 Opties, 1Ό nr. 12 (december 1971), blz. 2685). In de beide genoemde li-teratuurplaatsen wordt aanbevolen te trachten de uit afzonderlijke lagen bestaande laagsystemen zodanig op te bouwen, dat de trekspanningen in één laag worden gecompenseerd door de drukspanningen van het andere laagmateriaal. Bij de beperkte keuze van voor een bepaald geval in aan-15 marking komende laagmaterialen kan men hieraan echter meestal nauwelijks voldoen en juist voor uit MgF2/Ti02 bestaande laagsystemen schijnt dit onmogelijk te zijn, want bij de beide genoemde laagmaterialen treden, zoals in de geciteerde literatuurplaatsen is te lezen, hoge trekspanningen op die elkaar dus niet kunnen compenseren. Systemen met 20 afwisselend lagen van TiÜ2 en MgF2 zijn derhalve (meer in het bijzonder bij systemen met een groot aantal lagen) dikwijls onbevredigend omdat zij vele zeer fijne haarscheurtjes vertonen (H. Anders, "Diinne v Schichten für die Optik", Stuttgart, 1965, blz. 164) en tengevolge van het door de scheurtjes verstrooide licht er troebel uitzien. Vanwege 25 hun andere goede eigenschappen gebruikt men deze beide laagmaterialen echter toch graag voor toepassing in interferentiefilters.

De uitvinding heeft nu ten doel een nieuwe inrichting voor een systeem met afwisselend lagen van MgF2 en Ti02 te verschaffen, die aanzienlijk minder haarscheuren vormt, dat wil zeggen praktisch geen 30 scheuren vertoont en niet losraakt van de onderlaag, ook als het syteem uit vele afzonderlijke lagen, bijvoorbeeld meer dan 10 lagen bestaat (bij 10 lagen traden tot nu toe gebruikelijkerwijze reeds scheuren op).

De inrichting met dunne lagen volgens de uitvinding is hierdoor 35 gekenmerkt, dat tussen de onderlaag en het optisch actieve, uit een aantal lagen bestaande systeem bovendien tenminste één extra MgF2~ en één Ti02-laag als hulplagen worden tussengeschoven, waarvan de dikte kleiner is dan 1/5 van de gemiddelde dikte van elk van de afzonderlijke lagen van het optisch actieve systeem.

40 Bij voorkeur wordt een heel pakket van alternerende, als hulplagen 8401158 ast». ^ 3 fungerende MgF£- en TiOj-lagen tussengeschoven en wordt de gemiddelde laagdikte van de afzonderlijke hulplagen hoogstens gelijk gekozen aan λ/40 van de referentiegolflengte van het optisch actieve, uit MgF2/Ti02_lagen bestaande systeem (onder referentiegolflengte wordt 5 hier de golflengte verstaan die als basis voor de berekening van het systeem werd gebruikt, teneinde in het gebied van deze golflengte afhankelijk van het gestelde doel een maximale reflectie of transmissie te verkrijgen).

Het is mogelijk dat de met de uitvinding verkregen uitkomst er op 10 berust, dat de zeer dunne hulplagen een "glijden" mogelijk maken van het op de hulplagen liggende, optisch actieve systeem van dikkere lagen, zonder dat de hechting van dit systeem aan de onderlaag hierdoor wordt verminderd. Zulk een hypothese verklaart dat het systeem van de optisch actieve dunne lagen bij een inrichting volgens de uitvinding 15 dankzij het systeem van hulplagen zo goed aan de onderlaag hecht alsof het hiermee direct was verbonden, terwijl het daarentegen tengevolge van het kunnen glijden niet scheurt, zoals wel het geval zou zijn als het star met de onderlaag zou zijn verbonden.

Hieronder wordt de uitvinding nader verklaard aan de hand van uit-20 voeringsvoorbeelden en de tekening, waarin

Fig. 1 de constructie weergeeft van een inrichting met dunne lagen bestaande uit vier lagen met een optisch actieve dikte en met een systeem van zes aanzienlijk dunnere afzonderlijke hulplagen, en

Fig. 2 een tweede uitvoeringsvoorbeeld weergeeft waarbij een hulp-25 laagsysteem is aangebracht tussen optisch actieve lagen (waarbij de glasdrager tezamen met het eerste deel van de optisch actieve lagen de onderlaag vormt voor het daarop volgende systeem van hulplagen en een extra optisch actief systeem zoals aangegeven in conclusie 1.

In fig. 1 betekent 30 1 de onderlaag, 2 een pakket van hulplagen bestaande uit 10 lagen van afwisselend TiÜ2 en MgF2 (de optische laagdikte van de afzonderlijke lagen bedraagt λ 0/40; de referentiegolflengte Λ 0 is 550 nm), 3 een Ti02-laag met een optische dikte Λ 0/4, 35 4 een MgF2~laag met een optische dikte Λ 0/4, 5 een Ti02~laag met een optische dikte λ 0/4, 6 een MgF2~laag met een optische dikte Λ 0/4.

In fig. 2 betekent 7 de onderlaag, 40 8 en 10 een Ti02~laag met een optische dikte λ 0/4, 8401158 «J.

4 9 en 11 een MgF2~laag met een optische dikte Λ 0/4, 12 een lagenpakket bestaande uit 8 lagen van afwisselend TiÜ2 en MgF2 (de optische laagdikte van de afzonderlijke lagen bedraagt in dit voorbeeld Λ 0/50), 5 13 en 15 een Ti02~laag met een optische dikte A 0/4, 14 en 16 een MgF2~laag met een optische dikte Λ 0/4.

Op de met stippellijnen aangegeven plaatsen (tussen de lagen 4 en 5 in fig. 1 en tussen de lagen 9 en 10 en 14 en 15 in fig. 2) zijn extra lagen van MgF2 en Ti02 met een optische dikte van A 0/4 aange- 10 bracht, overeenkomend met het in het desbetreffende geval aangebrachte, optisch actieve, uit een aantal lagen bestaande systeem.

De brekingsindices van de materialen van de uit Ti02~, respectievelijk MgF2 bestaande lagen bedragen in de beide voorbeelden 2,3 respectievelijk 1,38. Men dient erop te letten, dat de laagdiktèn met 15 betrekking tot de onderlaag en met betrekking tot elkaar niet op de juiste schaal konden worden getekend.

De lagen kunnen met bekende werkwijzen, zoals opdampen in vacuum of kathodeverstuiving worden aangebracht. Dit aanbrengen zelf vormt echter geen onderwerp van de onderhavige uitvinding; hiervoor wordt men 20 verwezen naar de omvangrijke speciale literatuur.

8401158

Claims (5)

1. Inrichting met dunne lagen, met een op een onderlaag aangebracht optisch actief systeem bestaande uit een aantal afwisselend uit MgÏÏ2 en Ti02 bestaande lagen met een gemiddelde optische dikte van 5 de afzonderlijke lagen van tenminste 100 nm, met het kenmerk, dat tussen de onderlaag en het optisch actieve, uit een aantal lagen bestaande systeem tenminste één extra MgF2~ en één Ti02-laag als hulplaag zijn tussengeschoven, van welke afzonderlijke lagen de dikte kleiner is dan 1/5 van de gemiddelde dikte van de afzonderlijke lagen van het op-10 tisch actieve systeem. *

2. Inrichting met dunne lagen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een pakket is tussengeschoven dat bestaat uit een aantal elkaar afwisselende MgF2~ en Ti02-lagen.

3. Inrichting met dunne lagen volgens conclusie 1, met het ken-15 merk, dat de gemiddelde dikte van de afzonderlijke hulplagen ten hoogste gelijk is aan X/40 van de referentiegolflengte van het optisch actieve, uit een aantal lagen bestaande systeem.

4. Inrichting met dunne lagen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de onderlaag bestaat uit een reeds door lagen bedekte dra- 20 ger.

5. Inrichting met dunne lagen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het optisch actieve, uit een aantal lagen bestaande systeem tenminste 10 afzonderlijke lagen bevat. Ή· 111-l-l 8401158