Cac_loai_mang_quang_hoc

Các loại màng
quang học
B
GV H

môn: Quang h c ng d ng
ng d n: TS Lê V Tu n hùng
HV th c hi n:
Lê Th L a
Tô Lâm Vi n Khoa


Địa chỉ bạn đã tải:

/>
Nơi bạn có thể thảo luận:

/>
Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:
/>Dự án dịch học liệu mở:
/>Liên hệ với người quản lí trang web:
Yahoo:
Gmail:



Dàn ý
• Phân loại các loại màng quang học
• Các phương pháp tạo màng quang
học
• Màng chống phản xạ

• Màng phản xạ cao
• Màng ITO
• Màng lọc giao thao


I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:
Giới thiệu
• Màng quang học là:
• một hay nhiều lớp vật liệu
mỏng
• phủ trên một thiết bị quang học
như thấu kính hay gương
(những thiết bị cho phép biến đổi
đường đi của ánh sáng phản xạ
hay truyền qua)


I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:
Giới thiệu
Hiệu quang lộ:

Độ phản xạ 
đế:


I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:
Giới thiệu
Ma trận truyền qua:

Đối với 1 

lớp màng

Đối với màng 
đa lớp

Sử dụng nhiều ma trận Mi 
liên tiếp nhau


I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG
HỌC:
Phân loại
Màng chống phản xạ
Màng phản xạ cao
Màng dẫn điện trong suốt
Màng lọc giao thoa


II.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
MÀNG
Phương pháp
ngưng tụ vật lý (PVD)

Phương pháp
ngưng tụ hóa học (CVD)

Physical Vapor Deposition

Chemical Vapor Deposition

 Các hạt vật liệu ngưng tụ trên đế → Màng

 Các hạt vật liệu ngưng tụ trên đế,
phản ứng với chất khí → Hợp chất → Màng

Tđế < 5000C

 Các hạt vật
liệu di chuyển

Tđế ≈ 900 – 12000C
 Các phản
ứng hình
thành hợp
chất (nếu có),
xảy ra trên
đường đi

 Với một tác nhân cung cấp năng lượng,
vật liệu cần phủ màng bị hóa hơi.

 Một chất
khí được đưa
vào (precursor)
 Các hạt vật
liệu di chuyển

 Với một tác nhân cung cấp năng lượng,
vật liệu cần phủ màng bị hóa hơi.

• Các phương pháp PVD phổ biến
– Bốc bay
• Nhiệt bốc bay
• Bốc bay chùm điện tử
• Bốc bay bằng xung laser (PLD)
– Phún xạ
• Phún xạ DC
• Phún xạ RF
• Phún xạ phản ứng
• Phún xạ magnetron


Bốc bay nhiệt điện trở
Quá trình lắng đọng
màng
1. Sự chuyển vật liệu
bốc bay từ pha rắn sang
lỏng rồi thành hơi do
nhiệt điện trở
2. Sự di chuyển của
nguyên tử từ nguồn đến
đế
3. Nguyên tử hấp
thụ trên đế kết tụ.
4. Tinh thể hóa
màng bằng các thơng số
q trình.
5. Phát triển thành
màng liên tục

Ưu
điểm
 Có thể lắng đọ ở tốc độ cao 0.1  2 nm/s
 Nguyên tử bay bởi năng lượng thấp (0.1 eV)
 Tạp bẩn và khí dơ thấp
 Khơng gây nhiệt cho đế
 Đơn giản, không đắt
 Nhiều vật liệu khác nhau (Au, Ag, Al, Sn, Cr, Ti, Cu…)
 Có thể đạt nhiệt độ 1800oC
 Dòng điện 200  300 A


Giới hạn
 Khó kiểm sốt hợp chất
 Bề dày khơng đều
 Khó lắng đọng ở những hốc sâu
 Sự hình thành hợp kim với nguồn vật liệu
 Tạp do khí ở dây nhiệt điện trở
 Khơng thích hợp cho bốc bay phản ứng


Bốc bay chùm
điện tử
Substrate

e-beam

•

Súng điện tử sinh ra chùm
điện tử 15 keV, động năng
ở dòng điện cỡ 100 mA.

•

Chùm điện tử bị lệch đi
270o bởi từ trường, B.

•

Nguồn nhiệt nhận được có
điểm nhỏ (~5mm) trong vật
liệu bốc bay có công suất
là 15 kV x 100 mA = 1.5 kW.

•

Năng lượng này đủ làm
nóng hầu hết các vật
liệu trên 1000o C.

•

Năng lượng nhiệt được điều
khiển bởi dòng điện tử.

Flux
Evaporant

B

Crucible

e-gun


Tính chất của bốc bay
chùm điện tử
Phức tạp hơn bốc bay nhiệt nhưng đa năng
Có thể đạt nhiệt độ trên 3000oC
Sử dụng nồi bốc bay với đáy bằng Cu
Tốc độ lắng động 1 ÷ 10 nm/s
Vật liệu bốc bay
- Mọi thứ mà nhiệt điện trở sử dụng
- Cộng với các kim loaïi sau:
- Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo
- Al2O3, SiO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2


Ưu điểm của bốc bay
chùm điện tử

Có thể làm nóng chảy vật
liệu mà không gây tạp bẩn
Hợp kim có thể lắng đọng
mà không gây phân ly
Thích hợp cho bốc bay phản
ứng

Bốc bay bằng xung laser
(PLD – Pulse Laser Deposition)
Electron
Nguyên tử
trung hịa

 Bia hấp thu năng lượng
laser, nóng lên và bay hơi

+ Ion +
+
+

+
+

+
+

 Chùm laser xung công
suất lớn được chiếu vào bia.

Laser

 Phía trên bia hình thành
một vùng khơng gian chứa
plasma phát sáng
 Các hạt vật liệu bia

ngưng tụ  màng trên đế


Các loại phương pháp
phún xạ
• Phún xạ DC
• Phún xạ RF
• Phún xạ phản ứng
• Phún xạ magnetron


+

+

+
 Hạt vật liệu
ngưng tụ trên đế,
 lớp màng.

+
+
+

+

+

+
+

+

Trong vùng khơng gian
bên trong buồng chân khơng,
có sẵn một số ion dương
và e-

Áp một điện thế
lên bia-đế, ion + “tiến” về bia,
e- “tiến” về đế

 Ion + “đánh bật”
hạt vật liệu trên bia
: hạt phún xạ


 Hệ phún xạ DC và RF
Hệ phún xạ một chiều
(DC – Direct Current)

Hệ phún xạ xoay chiều
(RF – Radio Frequency)
Bộ trở kháng
và hệ tụ điện
Tăng cơng suất
phóng điện
Vanode-cathode là
xoay chiều
Bia sử dụng

Có thể cách điện

Vanode-cathode là
một chiều

duy trì
phóng
điện

Bia sử dụng
phải dẫn điện


Phún xạ magnetron
 Từ mơ hình phún xạ có thêm hệ magnetron,
hệ các nam châm định hướng N-S nhất định ghép với nhau
 Hệ magnetron được gắn bên dưới bia, dưới cùng
là tấm sắt nối từ.
 e thứ cấp sinh ra từ va chạm giữa ion + và bia,
chuyển động đặc biệt trong điện từ trường.

 Hệ magnetron cân bằng và không cân bằng
Hệ magnetron cân bằng
Hệ magnetron
cân bằng,
các nam
châm có
cường độ
như nhau.
Các đường

sức từ
trường
khép kín.

Hệ magnetron khơng cân bằng Hệ magnetron
khơng
cân bằng,
nam châm
ở giữa có
cường độ
yếu hơn.
Các đường
sức từ
trường
khơng
khép kín.


Hệ magnetron cân bằng

Hệ magnetron không cân bằng

(hướng vô)
Điện trường

Từ trường
khép kín

Các e chịu tác dụng
của từ trường ngang

Từ trường
khơng khép kín

Các e ít chịu tác dụng
của từ trường ngang

Đế ít bị e
va đập

e chủ yếu chuyển
động gần bia

Đế bị nhiều e
va đập mạnh

e theo điện trường
đến đế với v lớn

Đế ít bị
đốt nóng

Thích hợp tạo màng cho
các loại đế khơng chịu
được T0 cao: nhựa, giấy,…

Đế bị
đốt nóng

Thích hợp tạo các

màng yêu cầu T0 cao


Thuận
lợi
Mật độ dòng (tỉ lệ với tốc độ ion hóa) tăng
100 lần so với phún xạ diode phẳng
p suất phóng điện có thể giảm 100 lần
Tốc độ lắng đọng tăng 100 laàn


ƯU ĐiỂM CỦA PHÚN XẠ SO VỚI BỐC BAY

• Trong những năm trước đây màng
mỏng kim loại được bốc bay nhưng bây
giờ phún xạ được sử dụng
Phún xạ có thể được sử dụng để
lắng đọng tất cả các loại chất dẫn
điện
Chúng ta không thể lắng đọng màng
hợp kim bởi phương pháp bốc bay do
nhiệt độ nóng chảy của các kim loaïi


Tạp chất trong màng phún xạ thấp
Trong bốc bay, tạp chất do vật liệu chứa
Sự bao phủ bậc thang tốt hơn
Phún xạ được làm từ diện tích mở rộng
của target bóng mờ là thấp nhất
Đồ đồng đều tương đối cao