膜系設計、結構及調試課件

工藝部專題講座膜系設計、結構及調試工藝部專題講座膜系設計、結構及調試1主要內(nèi)容：1.膜系設計原理2.膜系結構3.調試過程主要內(nèi)容：1.膜系設計原理2光學設計宏觀薄膜干涉理論

干涉的條件：同一光源發(fā)出、頻率相同、振動方向相同、路徑不同、相位差恒定干涉的結果：相長和相消利用干涉現(xiàn)象，通過調節(jié)膜厚來改變顏色或反射率的分析

（1）疊加原理-90°~+90°之間發(fā)生相長干涉；90°~270°之間發(fā)生相消干涉

（2）界面反射光線的相位變化

當光線由光疏介質進入光密介質時，界面處的反射光線會有180°的相位變化

（3）進入光密介質被壓縮

用于計算膜層1/4波長的光學厚度。eg:550nm處得到一個1/4波長厚度的SiO2(n=1.45)膜層的計算：

真空1/4

波長：550÷4=137.5

在

SiO2

中被壓縮后的修正值：

137.5÷1.45=94.8

在550nm處得到1/4波長光學厚度，SiO2的膜層厚度應該約為95nm。光學設計3舉例：設計一個SiO2膜，盡可能地削弱在550nm處的反射分析：兩列光在界面處反射都有180°相位變化，相互抵消，由路徑帶來的相位變化即為最終的相位變化；

盡可能削弱550nm處反射，相消干涉，180°路徑相位差，則需1/4波長光學厚度，因為1/4+1/4=1/2,95nm

在275nm處，95nm厚的膜是半波的長度，1/2+1/2=1路徑差產(chǎn)生360°相位差，相長干涉，反射增強。

另外，如果膜厚超過95nm，那么最小反射率會紅移，即向更長波長方向，膜層的顏色也會發(fā)生變化550nm處最小處時，發(fā)射顏色是藍色和紅色光線的中和，眼睛看起來為紫色。限制：多次反射；多層膜；頻散；膜系設計、結構及調試ppt課件4微觀材料特性模型+電磁理論

（1）

基礎理論：

光是一種電磁波能量

材料具有一定形式的微觀結構：自由電子、振動的原子和晶格、能級結構等

光作用用材料上，會引起材料微觀的運動形式發(fā)生變化，反過來影響光波的電磁場

（2）處理方法：

光——電磁波動學，波動方程表示

材料——根據(jù)不同的材料類型，采用不同的處理方法，

經(jīng)典傳播理論中處理原子或晶格振動吸收的物理偶極震蕩模型，

處理帶間躍遷吸收的量子力學模型等

兩者先聯(lián)系，再結合材料本身的電磁性質方程，得到材料的光學常數(shù)模型

（3）數(shù)學計算

電磁學方程和光的波動方程加上數(shù)學推導，得到了一些列單層、多層膜的反射率、透過率、吸收的計算公式

這些計算公式形式：R=f(波長、入射角度、材料光學常數(shù)、膜層厚度)

以上這些是構成薄膜設計的計算基礎，是準確計算復雜膜層光學性能的依據(jù)，也是軟件模擬計算的基礎

膜系設計、結構及調試ppt課件5以Lorentz原子諧振子模型為例說明：在外電場作用下，原子內(nèi)部電子和原子核會偶極化，即偏離正常位置，并且圍繞平衡位置做周期運動，在此過程中彼此碰撞會造成能量損耗，故模型化為阻尼諧振器。電子受到加速力、阻力、回復力以及光輻射的電場力，綜合電子的位移和受力總結得到以下方程：代入光的波動方程：得到電子的位移表達式結合材料本身的電磁性質方程，極化強度矢量：

電位移矢量：

將極化強度Presonant

代入可解得該材料的介電常數(shù)（即光學常數(shù)，折射率與其為平方關系）與頻率的表達式：再將該光學常數(shù)代入到上文我們所說的

R=f(波長、入射角度、材料光學常數(shù)、膜層厚度)R=f(波長、入射角度、材料光學常數(shù)、膜層厚度)6晶格匹配

首先考慮光學性能，當力學性能出現(xiàn)問題是再考慮晶格匹配的問題，但一般情況下情況濺射膜層材料通常是多晶結構，晶格匹配比較容易滿足，不做詳細考慮。晶格匹配7主要內(nèi)容：1.膜系設計原理2.膜系結構3.調試過程主要內(nèi)容：1.膜系設計原理8各種產(chǎn)品膜系結構玻璃基底底層介質層功能層阻擋層中間介質組合層功能層阻擋層頂層介質層雙銀low-E玻璃單銀low-E玻璃玻璃基底底層介質層阻擋層功能層阻擋層頂層介質層介質層：提高附著力、改善透光性、調色阻擋層：保護Ag層、增強接觸性功能層：

紅外反射、改善熱性能各種產(chǎn)品膜系結構玻璃基底底層介質層功能層阻擋層中間介質組合層9玻璃基片SiN:30-40nmSiN:35-50nmNiCr:3-5nmAg:7-10nmNiCr:3-5nm玻璃基片SiN:ZnSnO:ZnO:Ag:7-10nmNiCr(O):3-5nmSiN:30-50nm30-50nm玻璃基片SiN:ZnSnO:ZnO:Ag:6-8nmNiCr:3-5nmZnAlO:Ag:10-12nmNiCr:3-5nmZnSnO:SiN:70-100nm30-50nm30-50nm單銀（低透）單銀（高透）雙銀各膜層的厚度范圍玻璃基片SiN:30-40nm10配靶產(chǎn)量要求——節(jié)拍——玻璃尺寸和間距——工藝走速——靶材濺射效率——靶功率——靶材配備數(shù)量例如：要求年產(chǎn)量200萬㎡，生產(chǎn)玻璃尺寸2440×3660，按有效生產(chǎn)時間6500小時計：

節(jié)拍=（6500×3600）÷[2000000÷（2.44×3.66）]≈104S——可選90S節(jié)拍配置

考慮玻璃前后間距，玻璃長度按3.8m，90S節(jié)拍下的工藝速度計算：

工藝走速=3.8÷（90÷60）=2.5m/min

根據(jù)產(chǎn)品類型的膜層厚度，計算配備靶材的數(shù)量，以硅鋁靶為例，濺射速率按1nm/kw.m/min

生產(chǎn)單銀低透產(chǎn)品，第一層SiN厚度按40nm計算，根據(jù)膜厚=濺射效率×功率÷走速，假如硅鋁

靶配100kw電源，實際可以開到60kw，每套硅鋁靶濺射所得厚度計算為：

厚度=1×60÷2.5=24，所以要達到要求的40nm工藝厚度，需要配備2套靶材。

另外，配靶還要兼顧到生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求配靶11主要內(nèi)容：1.膜系設計原理2.膜系結構3.調試過程主要內(nèi)容：1.膜系設計原理12單靶均勻性功率、氣體、走速值的設定和依據(jù)

走速——設為1m/min

功率——使膜厚能達到使用公式的范圍

氣體——滿足生產(chǎn)工藝壓力值

？單靶均勻性13單靶均勻性濺射效率值的獲得

走速為1m/min，功率為1kw時的平均膜厚值

如右圖：

（61.23+57.79）/2÷52.8=1.13

為配靶和生產(chǎn)時計算膜厚值提供依據(jù)單靶均勻性14單靶均勻性由顏色值計算膜厚的公式單靶均勻性15單靶均勻性材料的建立：模型選擇

單靶均勻性16單靶均勻性材料的建立：初始值的設定

目前，我們確定膜層厚度和光學常數(shù)所用的是

全光譜擬合法，即在一定的波譜范圍內(nèi)使模擬

光譜和實測光譜進行擬合，一般采用的是自動

擬合，自動擬合選用的優(yōu)化方法是單純形法，

該優(yōu)化方法可能并不具備全局搜索功能，所以

還是依賴于初始值的設定。

code中帶有的fitongrid功能

單靶均勻性17單靶均勻性材料的建立：膜厚-顏色值數(shù)據(jù)的提取——疑問：顏色值和光譜的標準問題1公式計算基準：D652°標準觀察者——奧博泰在線測量角度10°2公式中的顏色值是通過