SK57593A3 - Steaming material for production of middle-refracted optical me layerhod of its preparation and its use - Google Patents

Description

Naparovací materiál na výrobu strednelomnýoh optických vrstiev,spôsob j ·< ·. _v' jeho výroby a jeho použitie ζ

Oblasť techniky ? ·.> ί · · i

Vynález sa týka naparovaoieho materiálu na výrobu strednelomných optických vrstiev, spôsobu jeho výroby a jeho použitia. Ďalej sa vynález týka spôsobu výroby strednelomných optických vrstiev na rôznych' substrátooh.

C ' , • - - . > Λ

Doterajší stav techniky · i , ‘ t ' ‘

Tenké vrsty oxidov sa v technike, najmä v optike, v širokom rozsahu používajú ako chrániace vrsty, alebo vrstvy zaisťujúce optioká funkcie. Môžu sa používať na ochranu proti korózii a mechanickému poškodeniu alebo na zušľachťovanie povrohov optiokých dielov a prístrojov, ako sú najmä šošovky, zrkadlá, hranoly, atď. Tenké vrstvy oxidov sa ďalej používajú na výrobu vysoko-, stredne- alebo nízkolomných. optických vrstiev;* ktoré slúžia na zvýšenie alebo zníženie odrazlvosti. Hlavným rozsahom ich použitia je výroba antireflexných vrstiev na okuliarových sklách a šošovkách na objektívy fotografických prístrojov, ďalekohľadov a bptiokých častí optických meracích prístrojov, a použitie v laserovej teohnike. Ďalej sa používajú na výrobu vrstiev s určitým indexom lomu a/ alebo určitými optlokými absorpčnými vlastnosťami, napríklad pri. interferenčných zrkadlách, deličoch • v, · · , ^x .

žiarenia, tepelných filtroch a zrkadlách na studené svetlo. ' '

Východisková látky na výrobu takých optiokých vrstiev sú známe.

Obyčajne sa používa oxid kremičitý, ako i mnohé oxidy kovov, prípadne vo vzájomnej kombinácii. Ich voľba sa v podstate uskutočňuje empiricky na základe požadovaných vlastností a spracovateinosti. Výroba týchto ·? ' . &

vrstiev sa uskutočňuje známou teohnologlou vákuového naparovania.

I

Ako ilustratívny príklad môžeme citovát nemecký patentový spis DE 12 23 489 a publikáciu H. A, Maoleod, Thin Film Optioal Filters”, A, Hilger Ltd,, Bristol, 1986, Z týchto publikácií jé možná dozvediet sa informácie, ktorá sa vztahujú k použiteíným materiálom a technikám spracovania a ktorá všeobecne súvisia s problematikou tohto oboru.

' : t · ' ’ i $ · '

Na výrobu strednelomných vrstiev, teda vrstiev, ktorých hodnota optického indexu lomu leží v rozmedzí od 1,6 do 1,9, je volba v princípe vhodných východiskových látok obmedzená. Ako výohodisková látky tu prloháázajú do úvahy V podstate oxidy hliníka, horčíka, ytria, lantánu, prazeodýmu, dalej tiež fluorid céru a fluorid lantánu, ako i zmesové systémy na základe týohto látok, Prednostnou východiskovou látkou pre streänelonmé vrstvy je oxid hlinitý.

Tieto látky, ktorá sú samá o sebe vhodná, majú však rad ktoré sa prejavujú na j ma’“pri spracovaní, J

Nevýhodné najma je, že tieto látky* majú vysokú teplotu topenia a teplotu varu a naviac tieto teploty su si navzájom blízke,

Z praktického hladiska já však dôležité, aby sa naparovaný materiál pred zahájením žnateíného naparovania >úplne roztavil. Iba vtedy sa doi'· siahne rovnomerný a dostatočný stupeň naparovania. To je nutné na vytvorenie homogénnych a rovnomerne hrubých vrstiev na predmetpoh, na ktoré sa vrstva naparuje. U oxidov hoŕSíka a ytria to tak pr| praktických podmienkach použitia nie je. Tieto látky, pri obvyklýchpodmienkaoh spracovania sa netopia alebo netopia úplne. Celkovo sa tažko, odparujú a získavajú sa s nimi vrstvy s kolísavou hrúbkou. i I

Oxid horečnatý vždy vytvára porézne vrstvy, v ktorých sa môže lahko úsadzoval vlhkosi, a tým sa stávajú tieto vrstvy nestabilné.

To isté platí pre oxid lantánu· Ani fluorid céru, ani fluorid lantánu nevytvárajú homogénne vrstvy s dostatočnou tvrdoslou a stál o sto u.

, ' ' ^ä . · · '

Existuje teda snaha pomocou vhodných prísad znížil teplotu topenia základných materiálov. Tieto prísady okrem, toho slúžia na to, aby bolo možné menit a plánovane nastavoval index lomu získanej vrstvy v určitom rozmedzí.

' l· ' ' ' ' ' .\^r

V©Iba vhôdnýoh prísad na tento účel je obmedzená požiadavkou, aby nedochádzalo k absorpcii. Ako také prísady prichádzajú teda do úvahy iba také oxidy kefírov, ktoré neobsahujú žiadne absorpcie vo vlnovom rozsahu od blízkej infračervenej a viditeinej oblasti spektra do blízkej oblasti UV - žiarenia /asi 200 nm/.

' L * ? > '' ·

Z tohtodôvodu je napríklad nevhodný oxid titaničitý, oxid prazeodýmu a oxid neodýmu.

i'j. i ;(.· . , φ_τ. í

Vyššie uvedené problémy je síce možno vyrlešit vhodnou volbou prísad alebo vhodnou volbou zodpovedajúcich znesovýoh látok, použitie ameaových systémov sa väak samo o sebe nedá pri teohnológll vákuového napai'ovania doporučit. Dôvodom je, že sa zrne so vé systémy spravidla nôkongrueiatne odparujú, t. j. v priebehu postupu odparovania sa mení ioh zloženie, a tým sa mení i zloženie vylúčených vrstiev, teda aj iftdôs: lomu. Ako typické príklady môžme uviesl zmesový systém oxid tantélu-oxid hliníka alebo hafnia - oxid hliníka.

Úlohou vynálezu je teda vyvinul naparovací materiál na výrobu strednelomnýoh optických vrstiev technológiou vákuového naparovania, ktorý by nemal nevýhody známych materiálov a pomocou ktorého by bolo najma možno získal rovnomerné vrstvy s homogénnym zložením, ^; ' i'. ‘ <5t‘ ktoré by nevykazovali žiadnu absorpciu vo vlditelnej oblasti spektra·

Na základe predbežnej úvahy sa z tohoto hladlska ako zaujímavý systém javil systém na báze oxidu lantánu a oxid hliníka·

Znesitýohte oxidov sa však ukázaliako nevhodné z híadiska praktickej manipuláole, pretože prijímajú vlhkost a nevratne sa menia na hydroxidy, ktoré sú pre vákuové naparovania nepoužiteíné·

VPodstata vj

S prekvapením sa teraz zistilo, že zlúčeniny všeobecného vzorca ^U1-x^UHx°3 f i kde x predstavuje číslo s hodnotou od 0 do 0,84» sa výborne hodí ako naparovací materiál na výrobu strednelottnýeh optiokýoh vrstiev tec^ | no légiou vákuového naparovania· Okázalo sa, že tieto materiály sa bež ' problémov a bez striekania za vákua odparujú á za praoovných podmienok, ktoré sú pri technológii vákuového naparovania obvyklé,bez SalŠíoh opatrení vytvárajú homogénne stabilné vrstvy, ktoré neobsahujú absorpcii· ‘ · ' . t í ·' _u ’ »· · · '- '··; ¹ > 7 ; · f· t · . . ·

Predmetom tohto vynálezu je teda naparovací materiál na výrobu strednelomnýoh optických vrstiev vákuovým naparovaním na substráty, ktorý je tvorený zlúčeninou všeobecného vzorca la· tAl, OJ, kde i— X .. I+X j}, x predstavuje Číslo š hodnotou od 0 do 0,04· ’ ^! *

Ako obzvlášt vhodný naparovaoí materiál’ je možné označí? zlúčeninu všeobecného vzoroa la^Al^O^, kde x; predstavuje číslo rr, -5-/ ι· *' ·· ‘ ^Λ ' í / V ;

W , i ·’;· ’ , s hodnotou od 0 do 0,6» ' ‘

Predmetoa vynálezu je ďalej spôsob výroby strednelomnýoh optických vrstiev,ktorého podstata spočíva v tom, že sa na substráty za vákua naparuje vyššie uvedený materiál»;

V prípade naparóvacieho materiálu podía vynálezu sa nejedná o zmesi obooh oxidov, ale o zmesové oxidové zlúčeniny s určitým, stechiometi'ickydefinovaným zložením. 7 týchto zlúčeninách môže byt mólový pomer oxidu lantánu k oxidu hliníka 1:1 až 1:11, prednostne 1:1 až 1:5 . Vo všetkých týohto žmesovýoh oxidových zlúčeninách je obsah kyslíka prísne stechiometrický.

Pri vákuovom naparovaní materiálu podía vynálezu nedochádza k žiadnemu vylučovaniu kyslíka. Zvolené rozmedzie zloženia vedie k tomu, že sa za pracovnýoh podmienok, ktoré sú obvyklé pri technológii vákuového naparovania, béz ďalších opatrení získajú vrstvy, ktoré neobsahujú absorpcie. Pritom sa okrem toho ukázalo, Že optloké vlantnodti získaných vrstiev prakticky nie sú evplyv&e&á kolísaním zvykového tlaku kyslíka v priebehu vákuového naparovania. «.

< . ·' . » '

Tieto zistenia sú veími prekvapujúce a nebolo možné ich ' v y vopred -predvídal.

Naparovacie materiály podía vynálezu je možno získat tak, že sa v zodpovedajúcom stechiometrlokom pomere zmieša oxid lantánu s oxidom hliníka a vzniknutá zmes sa sintruje za vysokého vákua pri teplote nižšej ako je teplota topenia. Tento spôsob výroby naparovacích. materiálov tvorí rovnako jeden z aspektov tohto vynálezu. Sintrôvaný produkt sa získava vo forme tvrdýoh bielych zŕn a úplne sa topí pri teplote nad asi 1 800*0, pričom je možné v / : «5 odpárit za vákuá približne 10 mPa , pri teplote v (pozmedzí í;,

-r i

Λ od 2 200 do 2 JOO C·

Naparovací materiál pódia vynálezu sa môže používal v zariadeniach alebo aparatúrach na vákuová naparovanie, ktorá eá v tomto obore í

obvyklá, známymTspôsobom a za obvyklých podmienok. Vákuová naparovanie sa nemusí vykonával iba odparovaním za tepla, ale sa môže použil i odparovanie pomocou prúdu elektrónov. í

Pomocou materiálu pódia vynálezu sa môžu na iubovoíných , vhod- < ných substrátoch vytváral homogénne tenká vrstvy s rovnomernou hrúbkou, ktorá majú dobrú adházlu a sú velmi odolné proti mechaniokým a technickým vplyvom. Tieto vrstvy sú strednelouná,. ich index lomu, v závislosti na zložení a na vlnovej dĺžke , pri ktorej sa meranie vykonáva, leží v rozmedzí od 1,6 do 1,9 . Tieto vrstvy majú vysokú transmisiu v rozsahu vlnových dĺžok od blízkej UV-oblasti / nad asi 200 nm / cez vi<·-> , , diteínú oblasl do blízkej infračervenej oblasti / asi 7 000 nm / a aá, najmä vo videtelnej oblasti spektrai, bez absorpoií. >

Vynález je bližšie objasnený následujúeími príkladmi prevedenia_u Tieto príklady majú výhradne ilustratívny charakter a rozsah vynálezu v žiadnom ohlade neobmedzujú.

' ' '' > . ... ’··. ' ,

Príklady predvedenia vynálezu ‘ I * t. » <

; I P r í k 1 a d 1

Výroba ΐ * · · í

Vyrobí sa prášková zmes z ^hmotnostných oxidov lantánitáho a % hmotnostných oxidov hlinitého · V.

- 7 1>

a tá sa granuluJe. Zloženie Je zvolené tak, aby vznikla zlúčenina vzoroa ΐΛθ ^Al^s.^Oy ‘ ‘ 'V í' . ’

Granulát sa 3 až 8 hodín sintru je.za vysokého vákua / (1θΓ⁵ nPa ) pri teplote 1 6Ó0 až 1 680°C. Získaný biely produkt má teplotu 1 930°C. >

Príklad 2

Výroba vyrobí sa prášková zmes z % hmotnostných oxidov lantánltého 24 % hmotnostných oxidov hlinitého

- K - ··* '4 a tá sa granulujje. Zloženie Je zvolené tak, aby vznikla zlúčenina vzorca LaAlOy

Granulát sa 3 až 8 hodín slatruje za vysokého vákua ( 10*5 nPa j pri teplote 1 600 až 1 68O^ÔC. .Získaný biely produkt má teplotu topenia 1 850°C.

Príklad 3

Použitie i z.

, ;· ; · · í ..v , - · r f . í š > 7- í

Granulát z príkladu 1 sa umiestni do odparovaoleho téglika z medi a. prenesie sa do prístroja na vákuové naparovanie, v ktorom sa odparovanie t uskutočňuje prúdom elektrónov· Použité zariadenie Je bežného obchodného.typu.

V· Λ •Μ»*».»*^-

Ako substrát, ňa ktorý sa materiál naparuje,sa použije kremeňué sklo alebo sklo.

A ' ' , ’ '» , ϊί' ' . 3⁴ ·>

i

Povrstvovanle sa uskutočňuje pri teplote 2 200 až 2 300°C e í ' ft za zvyškového tlaku kyslíka 2 x 10 · mPa pri teplote substrátu 250 C a rýchlosti naparovania 0,4 nm/s tak dlho,pokial sa nedosiahne hrúbí . · ? · ka vrstvy 250 nm.

í' ^{: }} ' . q . i ' ..

Vzniknúťá vrstva má index lomu pil 500 nm n* 1,7 . <

Vrstva nevykazuje žiadnu absorpoiu vo viditelnej oblasti spéktra až do vlnovej dĺžky približne 200 nm. , ’

Pxl podobnom zpraoovaní granulátu z príkladu 2 sa získa vrstva s indexom lomu pri 500 nm n » 1,8 .

Claims (5)

1 . Naparovaoí materiál na výrobu strednelomnýeh optických ' t-» ·’·..'· i </·,- ’ ‘ vr-íitiov vákuovým naparovaním na substráty, vyznačujúce ΰ a tým, 2 ’e j e tvorený zlúčeninou všeobecného vzoŕoa la. _A1,, 0_, jede x predstavuje číslo s hodnotou od 0 do 0,84·

ΙΤΛ -J '^ · · ‘ 4

2 .Naparovací materiál; podlá nároku 1, y y z n aču J úc í sa tým, že je tvorený zlúčeninou všeobeonáho vzorca la_1eXAÍ_1+x0₃, kde x predstavuje Číslo s hodnotou od 0 do 0,6* ·' ' í .* C

3 · Spôsob výroby raparovaoieho materiálu podlá nároku 1a 2, vyzná č u j ú c i s a t ý m, že sazmiešajú oxidy lanténu a hliníka v mólovom pomere 1x1 al 1» 11 a zmes sa sintruje za vysokého vákua pri teplote nižSej, než je teplota topenia*

4 · Použitie naparovacisho materiálu podlá nároku ja 2 :*·. ŕ·. · . .

na výrobu strednelomnýeh optických vrstiev,

5 · Spôsob výroby strsdnelomnýoh optiokýoh vrstiev vákuovým naparovaním materiálu na substráty, v y z n a č u j ú e e sa tým, že sa ako naparovací materiál použije materiál podlá ná• ·»· · · . ^r