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《中国人民解放军国防科学技术大学》 2000年
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低压反应离子镀设备关键技术研究

司磊  
【摘要】: 低压反应离子镀(LVRIP)是用来制备光学薄膜的一种新技术,是在传统电子束蒸镀的基础上通过低电压、低气压弧光放电将材料蒸汽和外加反应气体电离,在蒸发室内产生低温等离子体,利用基片表面自然形成的极薄电场来提高离子的入射动能,既保留了传统技术沉积速率高、面积大的优点,又克服了薄膜结构疏松、性能不稳定的缺陷,是有望取代传统技术的新一代光学薄膜制备技术。国外研究表明,LVRIP薄膜结构致密,机械强度高,光学损耗达到甚至超过了传统技术的最好水平,具有在激光陀螺上应用的潜力。国内有少数单位对LVRIP做了研究,有一家工厂正在生产用于眼镜镀膜的LVRIP设备,但由于在损耗这一关键指标上还不及传统技术,离陀螺应用相差甚远。LVRIP设备包含等离子源、电子枪—坩埚系统、电源及控制系统三项关键技术,本文面向陀螺镀膜的需求对LVRIP设备的两项关键技术进行了研究,自主研制了LVRIP的两套关键设备——等离子源和电子枪—坩埚系统,在一台国产常规镀膜机基础上改制了一台LVRIP镀膜机,并在该机器上对TiO_2薄膜的制备工艺进行了初步研究。本文的主要工作和贡献包括: 1.在国内首次研究了用大面积硼化镧材料作LVRIP等离子源阴极发射体技术,针对硼化镧价格贵、硬度高、加工困难的问题,提出了“非共轴包容间热式”阴极结构设计方案,降低了硼化镧的制造、加工难度和成本;针对硼化镧使用过程中容易破裂的问题,提出了新的加工方法,克服了磨削方法给材料带来的故障隐患。研制出一台等离子源,等离子源输出电流超过60A,阴极连续工作寿命超过6小时,发射体成本低于100¥,综合性能高于国内其它单位的水平。 2.针对常规电子枪—坩埚系统在电气和结构上均不适用于低压反应离子镀工作环境的问题,研究提出了分体式+迷宫式设计方案,开发了一套适用于气体放电等离子体环境的电子枪—坩埚系统,将工作气压从6×10~(-3)pa提高到2×10~(-1)Pa,满足了低压反应离子镀的需要。 3.研究解决了将自主研制的等离子源和电子枪—坩埚系统装到国产H44700-7型常规箱式真空镀膜机中的等离子源与电子枪的干扰等技术问题,制做出了一台低压反应离子镀镀膜试验样机。测量表明,试验样机当放电电流为30A时,球面基片工件架表面饱和离子流密度平均为0.463mA/cm~2,均匀性为8%,性能良好,工作稳定。 4.利用自制的LVRIP镀膜试验样机对TiO_2薄膜的LVRIP制备工艺进行了初步研究,研究试验结果表明,采用LVRIP镀膜工艺,随着放电电流的增大,薄膜折射率提高,损耗降低,而用常规的后期烘烤工艺会使膜层均匀性变差。在现有条件下,采 国防科学技术大学研究生院学位论文 用LVRIP镀膜工艺的TIOZ薄膜折射率(633nln处)最高达到2.43。测试结果和分析 表明,LVRIP膜比常规膜结构细密,硬度高,附着力强,性能稳定。 实验表明,我们研究开发的低压反应离子镀设备的等离子源技术和电子枪一柑锅 技术具有先进性和良好的应用价值,实验结果说明了低压反应离子镀这种新技术确实 可以提高薄膜的机械强度和稳定性。由于资金和技术力量有限,本文研制的LV班P 镀膜机采用自制的简易电源系统,因而使生产的薄膜损耗大,折射率不高。但实验结 果证明,随着放电电流的增大,LVRIP薄膜折射率提高,损耗降低,因此,在本文研 究工作基础上,只要投入足够的经费和技术力量研究开发高性能的电源及其控制系 统,有望研究出满足激光陀螺需要的LV班P镀膜设备。本文的研究工作为进一步研究 开发LvRJP镀膜设备技术提供了有重要参考价值的技术方案和实验结果。
【学位授予单位】:中国人民解放军国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:O484

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【引证文献】
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【参考文献】
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