光学薄膜作製関連技術 - 真空テクノロジー

- Jun 29, 2019-

光学薄膜作製関連技術 - 真空技術

 

真空は光学薄膜の製造のための基礎である。 現在、ほとんどの薄膜は真空条件下で調製されている。 本稿では、光学薄膜作製に関する基本的な真空知識について簡単に紹介します。

 

真空の発見

1641年、イタリアの数学者Torricelliが長いガラス管の一端を水銀で満たし、次にゆっくりとひっくり返して水銀の入った容器に入れました。 管内の水銀柱の最大高さは76センチメートルであった。 水銀を水に置き換えると、カラムの最大高さは10.3メートルになります。

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真空の定義と単位

真空とは、1気圧より低い圧力での特定の空間内の気体の状態です。 真空は通常真空によって表され、真空は圧力(単位面積当たりの力)によって測定される。 合法的な圧力測定単位はパスカル(Pascal)で、これは毎秒キログラム毎メートルの単位です。 現在国際的に推奨されているのは、国際単位系(SI)、つまりPaです。 現在、実用的な工学技術でまだ使用されているいくつかの古いユニットがあります。 いくつかの古い単位とPASCALの間の変換関係は次のとおりです。

(1)標準雰囲気(ATM):
1ATM = 1.01325×105Pa = 760Torr。
(2)トル:
1ATMトル= 1 / 760 = 133.3Pa。
(3)バー:
1 bar = 1 ATM = 1000 mbar
(4)mbar:
1mbar = 7.5×10 −1 Torr = 100pa。

 

3.薄膜めっきにおける真空の役割

常に、ガス分子は不規則な熱運動をしています、そして、それらは絶えず互いに、そして容器の壁と衝突しています。 通常の条件下では、ガス密度の分子は約3 × 10 19 /立方センチメートルであり、各空気分子は毎秒10 10回です。 ガスの分子は直線ではなく、衝突すると方向を変える破線で移動します。 このような環境でフィルムをコーティングすると、蒸発する粒子が他の分子と頻繁に衝突して方向を絶えず変え、他の分子と反応する可能性が高まり、蒸発速度および膜厚は制御されない。 これらの不利な点を避けるために、私達はそれを真空でする必要があります。

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真空領域の分割 議論の便宜と実用化のために、真空はしばしば4つのゾーンに分けられます:粗い真空(> 103Pa)、低真空(103〜10-1pa)、高真空(10-1〜10-6pa)と超高真空(<> 粗真空の気体空間は大気状態に近似しており、分子の熱運動が主な特徴であり、気体の特徴は主に気体分子間の衝突である。 低真空ガス分子の流れは粘性流状態から分子流状態へと徐々に移行する。 高真空中のガス流は分子流であり、これはガス分子と容器壁との間の衝突によって支配され、衝突頻度は大幅に減少する。 高真空中で気化した物質は直線的に飛ぶでしょう。

真空度は気体分子の熱運動の巨視的表現であり、もう一つの微視的パラメータ「自由行程」がある。気体分子の2つの隣接衝突間の距離であり、その統計的平均は「平均自由行程」と呼ばれる。

 

N 0蒸発粒子の移動距離dを設定します。残留ガスの影響を受けない粒子の数は、

 

Nd = N0e − d / l(1)
衝突した分子の割合:

f = 1 / N0 = 1-ed / l(2)

 

式(2)によれば、平均自由行程が蒸発源から基部までの距離に等しいとき、蒸発粒子の63%が衝突する。 平均自由行程が10倍に増加すると、衝突する粒子の数は9%に減少します。 平均自由行程が蒸発源から基部までの距離よりもはるかに大きい場合にのみ衝突を効果的に減少させることができることが分かる。

 

平均自由行程が十分に大きく、条件l >> dを満たすならば、

F材d / l(3)
l≒0.667 / Pであるから(Pは圧力である)。
式(4)を式(3)に代入して、f≒1.5dP(5)を得る。

 

フィルム層の品質を保証するために、f 10−1とする。 蒸発源から基部までの距離d = 30cmのとき、P 2.2 × 10 −3 paである。 式(5)によれば、コーティング装置の真空チャンバが大きくなり、蒸発源と基板との間の距離が大きくなるほど、より高い真空度が必要とされる。

 

真空は膜調製において2つの役割を果たす:一つは蒸発粒子と他の気体粒子との間の衝突を減らすことであり、もう一つは蒸発分子と他の気体分子との間の反応を抑制することである。

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IKSPVD、光PVDコーティング装置、IKS-OPT2700、連絡先:iks.pvd@foxmail.com

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