两种离子源的特点： 考夫曼离子源的特点：高能低束流，能 流密度较低，出射角度较小，适合于镀制 较小面积的光学器件；使用成本高； 霍尔离子源的特点：低能大束流，能流 密度较大，发射角也较大，适合较大面积 的生产使用；使用成本低；适合于大规模 生产使用。
RF离子源系统组成 射频离子源，中和器 离子源电源系统，工作气体导入系统和流量控制仪
双离子束溅射沉积薄膜
16cm RF
12cm RF Veeco溅射沉积镀膜系统
16cm聚焦型射频离子源 Maximum Beam current: 700 mA Beam Energy: 100 1500 eV Gas Flow: 10 - 50 SCCM Gas Use: Ar
12cm发散型射频离子源 Maximum Beam current: 500 mA Beam Energy: 50 eV to 1500 eV Gas Flow: 10 to 15 SCCM Ar Gas Use: Ar , O2
离子源


离子源工作原理 离子源的种类 按离子能量分为： 高能200ev以上的如APS、RF、考夫曼离子源； 低能200ev以下的霍尔离子源 按类型分：考夫曼型和霍尔型 离子源的工作原理
在真空环境下，利用发射的电子在电场和磁场的相互作用 下，使充入真空室的气体产生离化，在电场和磁场的作用 下发射离子。







扩散泵 扩散泵是依靠从喷嘴喷出的高速（如200m/s），高密 度（如几十托）的蒸气流而输送气体的泵。依靠被抽气体 向蒸气流扩散进行工作的。通常是以油为工作蒸汽 扩散泵结构：一般为三级喷嘴。 铝制的各级伞形喷嘴和蒸气导管是扩散泵的核心部分。 扩散泵的极限真空压强： Pm＝Pfexp（-nUL/D0） Pf 为前级真空压强，n为蒸气分子密度，L为泵的出气口 蒸气流扩散长度，U为油蒸气速度 U≈1.65×104√（T/M）（cm/s） M为油蒸气的分子量，D0=DN=常数，D为自扩散系数， D=1/3lύ L和ύ分别是平均自由程和算术平均速度。 扩散泵的口径一般是钟罩直径的三分之一，扩散泵的抽 气速率大约是钟罩容积的5倍。
直接控制：全部膜层自始至终直接由被镀样品 进行控制，不换控制片，采用被镀样品作为监 控片，对镀制窄带滤光片具有很高的精度。主 要是由于相邻膜层之间自动进行膜层误差的补 偿（在控制波长上），同时避免了凝聚特性变 化而引起的误差，使窄带滤光片获得很高的波 长定位精度。

间接控制时，淀积在一个已由膜层的基板 上的膜层厚度和同时淀积在一个新鲜基板 上的膜层厚度之间有明显的差异。这是由 于膜层在已由膜层的基板能够立即生长， 而在新鲜的基板上生长需要有形成晶核的 时间。因此，间接控制的精度与直接控制 的精度有差异。简接控制也有其优点，可 以调节控制波长，而其误差是随机的误差， 减少了其他膜层的影响。
低温冷凝
通过冷却使得气体分子失去从冷板上蒸发出 去的能量
低温泵原理
低温吸附
通过冷却使得气体分子失去从冷板上集聚的 能量
低温泵原理
活性炭
低温泵里二级冷板上粘有大量
的活性炭，这些活性炭呈蜂窝 状结构，迷宫型的孔穴使得进
自由气 体分子
入其中的H2、Ne和He在低温下
失去活性而被吸附在孔穴中。
蜂窝状 孔穴
低温泵构成
低温泵的基本构成
氦压缩机
金属软管
泵头
成膜工艺
化学方法 化学气相沉积
物理方法
真空蒸镀
电镀
电解
离子镀
溅射
阳极氧化
等等
分子束外延
等等
光学薄膜真空镀膜技术一般采用物理气相沉积（PVD）技术。
PVD 包括热蒸发、溅射、离子镀等方法。
PVD成膜方式



热蒸发 电阻加热蒸发 电子束蒸发 电子束蒸发+离子辅助蒸镀 溅射 二级直流溅射 磁控溅射 离子束溅射 离子镀 蒸发与溅射结合
低温泵 Cryo-pump
H2O O2, N2, Ar
H2, He, Ne
12 K Arrays w/ Charcoal
Control Module
低温泵原理
什么是低温泵?
利用小型氦制冷机作为冷源，产生10K（263℃)左右的低温，通过冷凝和吸附被抽容器 的气体来获得和保持高真空的设备。
低温泵原理Байду номын сангаас
光学薄膜制备工艺
1.真空系统 2蒸发系统 3控制系统 4厚度监控系统 5辅助系统
真空镀膜系统

OTFC-1300
真空腔室内部图
真空系统
干泵+罗茨泵 • 冷凝泵 • 抽气至8.0E4Pa 大约6分 钟
真空系统
真空在薄膜制备中的作用：减少蒸发分子与残余气体分子的 碰撞，抑制残余气体与蒸发分子之间的反应


（1）机械泵 常见种类：旋片式、定片式和滑阀式。 旋片式，噪音最小，运转速度高（1000转/分），是真 空镀膜常用的机械泵。 主要构成：定子、转子、嵌于转子的两个旋片及其弹簧。 机械泵油的作用：密封、润滑，提高压缩率 机械泵油的要求：低的饱和蒸气压，一定的粘度，较高 的稳定性 机械泵对水气等可凝性气体抽气有困难。当蒸气在腔内 压缩，压强逐渐增大到饱和蒸气压时，水气开始凝结为水， 与机械泵油混合形成一种悬浊液，不仅破坏了密封和润滑， 而且会使腔体生锈。 一般采用气镇泵，在气体未被压缩前，渗入一定量的空 气，协助打开活门，让水蒸气在尚未凝结前排出。
（HL)^15 H
溅射
Sputter coater
RAS-1100B coater
期末报告 典型的LCoS引擎结构
UV/IR滤光片
期末报告
请陈述上述LCOS投影光学引擎中 方框中所使用到的光学薄膜器件 类型（共11个），并将该类型的 具体光学特性要求给出； 请详细给出方框8中X-cube的具 体膜系设计过程和设计结果（设 计材料和设计方法不限）
基板旋转系统
• 镜片悬挂机构
膜厚监控系统
目视法


目视观察薄膜干涉色的变化来控制介质膜 的厚度。常用来控制MgF2单层膜。 一般情况下，目视法常采用反射式，由 于透射式的背景光太亮，使干涉光的对比 度大大下降。往往是固定一个观察角度来 确定膜层的厚度。
光学膜厚控制
电子束蒸镀
属于热蒸发的一种形式 光学膜制备的最常用手段 常常可以配以其它辅助蒸发
一、电子枪的作用 在高真空的环境下，由电子枪发出的高能电子，会聚在 膜料上，轰击膜料表面使动能变为热能,对其加温，使其 熔化或升华。 电子枪蒸发原理：电子的产生—热电子发射 高温金属内部的部分电子获得足够的能量从表面逸出。 发射的电流密度与金属表面的温度有关
电子枪的种类 直式(皮尔斯枪) 电磁偏转式 环枪---电偏转 e枪---磁偏转 直枪与环枪的二次电子的问题 高能电子在轰击材料时，将发射二次电子 一般材料熔点越高，绝缘越好，散射的二次电子越严重； 材料的原子序数越大，轰击引起的二次电子发射越多。 二次电子轰击薄膜会导致膜层粗糙，吸收增加，均匀性变差， 并影响半导体材料的特性。
被吸附的气体分 子
低温泵原理
~15 K ~15 K 65 - 100 K H2O N2 Ar H2 Ne
H2, He和Ne气 体通过这层被 低温吸附
N2、Ar等气体 通过这层被冷 凝
通过这层，水蒸汽 被冷凝，其它气体 被预冷
低温泵原理
H2O 一级 77K冷 板 二级 15K冷 板 N2、O2、Ar H2、He、Ne
真空泵
泵名
机械泵 分子泵 罗茨泵 扩散泵
原理
工作范围 Torr 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
机械里压缩排除气体
靠蒸汽射流携带排除气体
溅射离子泵 钛升华泵
吸附泵 冷凝泵
靠溅射或升华形成吸气、吸 附排除气体
利用低温表面对 气体进行 物理吸附排气


射频离子源工作原理
离子源辅助镀膜（IAD）的作用：






1、填充密度提高：折射率提高 2、波长漂移减少； 3、红外波段的水气吸收减少； 4、增强了膜层的结合力、耐摩擦能力、机械强度、 提高表面光洁度； 5、控制膜层的应力； 6、减少膜层的吸收和散射； 7、提高生产效率
离子清洗

极值法原理是： 利用蒸发过程中出现极值点的次数来控制四分之一波长整 数倍膜层厚度的方法，称为极值法。

由于极值法控制精度较低，可以通过采用 适当的控制技巧或改进方法提高控制精度。 极值法控制有两种方法：一种是直接控制， 即全部膜层自始至终直接由被镀样品进行 控制，不换控制片；另一种是间接控制， 即控制是在一系列的控制片上进行的。