[p:1]化學(xué)鍍膜最早用于在光學(xué)元件表面制備保護膜。隨后,1817年,F(xiàn)raunhofe在德國用濃硫酸或硝酸侵蝕玻璃,偶然第一次獲得減反射膜,1835年以前有人用化學(xué)濕選法淀積了銀鏡膜它們是最先在世界上制備的光學(xué)薄膜。后來,人們在化學(xué)溶液和蒸氣中鍍制各種光學(xué)薄膜。50年代,除大快窗玻璃增透膜的一些應(yīng)用外,化學(xué)溶液鍍膜法逐步被真空鍍膜取代。
%g4G&My@J 真空蒸發(fā)和濺射這兩種真空物理鍍膜工藝,是迄今在工業(yè)撒謊能夠制備光學(xué)薄膜的兩種最主要的工藝。它們大規(guī)模地應(yīng)用,實際上是在1930年出現(xiàn)了油擴散泵---機械泵抽氣系統(tǒng)之后。
*w538Vb 1935年,有人研制出真空蒸發(fā)淀積的單層減反射膜。但它的最先應(yīng)用是1945年以后鍍制在眼鏡片上。1938年,美國和歐洲研制出雙層減反射膜,但到1949年才制造出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。1965年,研制出寬帶三層減反射系統(tǒng)。在反射膜方面,美國通用電氣公司1937年制造出第一盞鍍鋁燈。德國同年制成第一面醫(yī)學(xué)上用的抗磨蝕硬銠膜。在濾光片方面,德國1939年試驗淀積出金屬—介質(zhì)薄膜Fabry---Perot型干涉濾光片。
)xuvY3BPB? 在濺射鍍膜領(lǐng)域,大約于1858年,英 國和德國的研究者先后于實驗室中發(fā)現(xiàn)了濺射現(xiàn)象。該技術(shù)經(jīng)歷了緩慢的發(fā)展過程。1955年,Wehner提出高頻濺射技術(shù)后,濺射鍍膜發(fā)展迅速,成為了一種重要的光學(xué)薄膜工藝。現(xiàn)有兩極濺射、三極濺射、反應(yīng)濺射、磁控濺射和雙離子濺射等淀積工藝。
14p <0BG 自50年代以來,光學(xué)薄膜主要在鍍膜工藝和計算機輔助設(shè)計兩個方面發(fā)展迅速。在鍍膜方面,研究和應(yīng)用了一系列離子基新技術(shù)。1953年,德國的Auwarter申請了用反應(yīng)蒸發(fā)鍍光學(xué)薄膜的專利,并提出用離子化的氣體增加化學(xué)反應(yīng)性的建議。1964年,Mattox在前人研究工作的基礎(chǔ)上推出離子鍍系統(tǒng)。那時的離子系統(tǒng)在10Pa壓力和2KV的放電電壓下工作,用于在金屬上鍍耐磨和裝飾等用途的鍍層,不適合鍍光學(xué)薄膜。后來,研究采用了高頻離子鍍在玻璃等絕緣材料上淀積光學(xué)薄膜。70年代以來,研究和應(yīng)用了離子輔助淀積、反應(yīng)離子鍍和等離子化學(xué)氣相等一系列新技術(shù)。它們由于使用了帶能離子,而提供了充分的活化能,增加了表面的反應(yīng)速度。提高了吸附原子的遷移性,避免形成柱狀顯微結(jié)構(gòu),從而不同程度地改善了光學(xué)薄膜的性能,是光學(xué)薄膜制造工藝的研究和發(fā)展方向。
U_HOfix 實際上,真空鍍膜的發(fā)展歷程要遠遠復(fù)雜的多。我們來看一個這個有兩百年歷史的科技歷程:
n`krK"Ii 19世紀(jì)
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4~ 真空鍍膜已有200年的歷史。在19世紀(jì)可以說一直是處于探索和預(yù)研階段。探索者的艱辛在此期間得到充分體現(xiàn)。1805年, 開始研究接觸角與表面能的關(guān)系(Young)。1817年, 透鏡上形成減反射膜(Fraunhofer)。1839年, 開始研究電弧蒸發(fā)(Hare)。1852年, 開始研究真空濺射鍍膜(Grove;Pulker)。1857年, 在氮氣中蒸發(fā)金屬絲形成薄膜(Faraday;Conn)。 1874年, 報道制成等離子體聚合物(Dewilde;Thenard)。1877年,薄膜的真空濺射沉積研究成功(Wright)。1880年, 碳氫化合物氣相熱解(Sawyer;Mann)。1887年, 薄膜的真空蒸發(fā)(坩堝) (Nahrwold;Pohl;Pringsheim)。1896年, 開始研制形成減反射膜的化學(xué)工藝。1897年, 研究成功四氯化鎢的氫還原法(CVD); 膜厚的光學(xué)干涉測量法(Wiener)。
C&m[/PJ~l 20世紀(jì)的前50年
195m0'zda 1904年, 圓筒上濺射鍍銀獲得專利(Edison)。 1907年, 開始研究真空反應(yīng)蒸發(fā)技術(shù)(Soddy)。1913年, 吸附等溫線的研究(Langmuir,Knudsen,Knacke等)。1917年, 玻璃棒上濺射沉積薄膜電阻。1920年, 濺射理論的研究(Guntherschulzer)。1928年, 鎢絲的真空蒸發(fā)(Ritsehl,Cartwright等) 。1930年, 真空氣相蒸發(fā)形成超微粒子(Pfund)。1934年, 半透明玻璃紙上金的卷繞鍍(Kurz,Whiley); 薄膜沉積用的玻璃的等離子體清洗(Bauer,Strong)。1935年, 金屬紙電容器用的Cd:Mg和Zn的真空蒸發(fā)卷繞鍍膜研究成功(Bausch,Mansbridge); 帕洛馬100英寸望遠鏡鏡面鍍鋁(Strong);光學(xué)透鏡上鍍制單層減反射膜(Strong,Smakula); 金屬膜生長形態(tài)的研究(Andrade,Matindale)。1937年, 使用鉛反射器的密封光束頭研制成功(Wright); 真空卷繞蒸發(fā)鍍膜研制成功(Whiley); 磁控增強濺射鍍膜研制成功(Penning)。1938年, 離子轟擊表面后蒸發(fā)取得專利(Berghaus)。1939年, 雙層減反射膜鍍制成功(Cartwright,Turner)。 1941年, 真空鍍鋁網(wǎng)制成雷達用的金屬箔。1942年, 三層減反射膜的鍍制(Geffcken); 同位素分離用的金屬離子源研制成功。1944年, 玻璃的電子清洗研制成功(Rice,Dimmick)。1945年, 多層光學(xué)濾波器研制成功(Banning,Hoffman)。1946年, 用X射線法吸收法測量薄膜的厚度(Friedman,Birks); 英國Goodfellow公司成立。1947年,200英寸望遠鏡鏡面鍍鋁成功。1948年,美國國家光學(xué)實驗室(OCLI)建立;沉積粒子的真空快速蒸發(fā)(Harris,Siegel);用光透過率來控制薄膜的厚度(Dufour)。1949年,非金屬膜生長形態(tài)的研究(Schulz)。 1950年,濺射理論開始建立(Wehner);半導(dǎo)體工業(yè)開始起步;各種微電子工業(yè)開始起步;冷光鏡研制成功(Turner,Hoffman,Schroder);塑料裝飾膜開始出現(xiàn)(holland等)。
gzthM8A 20世紀(jì)的后50年
L}1|R*b 這是薄膜技術(shù)獲得騰飛的50年。真空獲得、真空測量取得的進展是薄膜技術(shù)迅速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定性的因素。1952年,表面自動潔凈的濺射清洗方法研制成功;開始研究新的反應(yīng)蒸發(fā)方法(Auwarter,Brinsmaid);開始研究耐腐蝕的等離子體聚合物膜。 1953年,美國真空學(xué)會成立;以卷繞鍍膜的方法制成抗反射的薄膜材料(3M公司)。1954年,開始研制新型真空蒸發(fā)式卷繞鍍膜機(Leybold公司)。1955,薄膜沉積的電子束蒸發(fā)技術(shù)開始成熟(Ruhle);開始提出介質(zhì)的射頻濺射方法(Wehner)。1956年,美國第一臺表面鍍有金屬膜的汽車問世(Ford汽車公司)。1957年,真空鍍鎘方法被航空工業(yè)所接受; 研究光學(xué)膜的反應(yīng)蒸鍍方法(Brismaid,Auwarter等); 美國真空鍍膜學(xué)會成立.1958年, 薄膜的外延生長技術(shù)研制成功(Gunther); 美國航空航天局(NASA) 成立.1959年, 磁帶鍍膜設(shè)備研制成功(Temescal公司).1960年, 聚合物表面等離子體活性沉積方法出現(xiàn)(Sharp,Schorhorm); 電推進器用離子源研制成功(Kauffman); 石英晶體膜厚測量儀研制成功.1961年, 低輻射率玻璃研制成功(Leybold公司); 開始研究元素的濺射產(chǎn)額(Laegried,Yamamura等).1962年, 開始研究用于化學(xué)分析的濺射方法; 碳(Massey) 和金屬(Lucas) 的電弧氣相沉積; 研究作為清洗用的介質(zhì)的射頻濺射方法(Stuart,Anderson等);Leybold公司的產(chǎn)品進入美國市場; 開始考慮元素的蒸氣壓(Hoenig).1963年, 開始研制部分暴露大氣的連續(xù)鍍膜設(shè)備(Charschan,Savach等); 離子鍍膜工藝研制成功(Mattox).1964年, 光生伏打薄膜的PECVD(等離子體增強化學(xué)氣相沉積) 方法研制成功(Bradley等).1965年, 偏壓濺射沉積方法研制成功(Maissel等); 薄膜的激光氣相沉積方法研制成功(Smith,Turner); 絕緣材料的射頻濺射沉積方法研制成功(Davidse,Anderson等); 脈沖激光沉積方法研制成功(Smith等); 醋酸纖維膜所用的多層真空金屬網(wǎng)帶膜研制成功(Galileo).1966年,核反應(yīng)堆中的離子鍍鋁(Mattox等); 作為潤滑劑用的軟金屬的離子鍍膜研制成功(Spalvins); 附著性能好的陽光反射膜(3M公司).1967年, 刀具上濺射鍍鉻成功(Lane);真空離子鍍膜方法取得專利(Mattox); 三極濺射方法研制成功(Baun,Wan等); 高真空條件下,引爆膜的沉積(Mattox).1968年, 旋轉(zhuǎn)箱中,小型部件的離子鍍膜(Mattox,Klein), 這個方法后來在航天工業(yè)中叫做離子氣相沉積.1969年, 磁控濺射在半球形部件內(nèi)部進行,多種滋控濺射源取得專利(Mullay);Leybold公司的新型濺射鍍膜機問世;蒸發(fā)薄膜形態(tài)圖出版發(fā)行。
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