天游线路检测中心 利用背散射电子还原电子枪BS-60050EBS制备近紫外区低吸收薄膜

简介

近年来，在作为电子束蒸发用电子枪的主要市场的光学元件行业中，随着光学器件性能的提高，保持光学薄膜的散射和吸收等光学损失较低变得越来越重要。在此背景下，电子枪BS-60050EBS是一款用于电子束蒸发的电子枪，其开发目的是减少蒸发过程中背散射电子的发生，背散射电子是光学薄膜吸收损耗增加的主要原因。这次，我们将报道使用电子枪BS-60050EBS实际制作光学薄膜并验证减少吸收损失的效果。

电子枪BS-60050EBS主要特点

图。图1表示电子枪BS-60050EBS的外观。除了减少入射到基板上的背向散射电子外，电子枪BS-60050EBS还具有以下主要特点[1]。

1. 270° 偏转和垂直光束入射
2. 采用长寿命灯丝
3. 使用可变加速电压功能支持熔点差异较大的材料的连续沉积
4. 注重提高维护作业性的电子枪结构
5. 束斑（熔化痕迹）形状接近完美圆形
6. 光束扫描宽度兼容最大 φ50 mm 坩埚

 

图。 1	电子枪BS-60050EBS外观		图。 2	电子束蒸发过程中蒸发源发出的各种粒子和电磁波

 

背散射电子对光学薄膜的影响

图。图2示出了电子束蒸发过程中从蒸发源（沉积材料）发射的各种粒子和电磁波。如图3所示，当背散射电子在蒸发过程中进入光学薄膜时，它们具有与蒸发源上的入射电子（电子束加速电压）几乎相同的高能量，因此它们不限于光学薄膜表面，而是渗透到数百纳米至几微米的深度。此时反射电子的穿透深度D即为电子能量E₀的函数给出通过以下等式[1]。
推测穿透到光学薄膜中的反射电子通过促进氧（其他氟等）空位和晶格缺陷的形成而增加光学薄膜的吸收损耗。

Fig 3	背散射电子的穿透深度		图。 4	同时电子束照射的电子束蒸发实验系统

 

光学薄膜吸收损耗与背散射电子的相关性

作为通过实验验证光学薄膜的吸收损耗与背向散射电子之间的相关性的方法，在本报告中，我们将在用看起来像背向散射电子的电子束照射光学薄膜的同时对其进行电子束蒸发，如图4所示。图5显示了当电子束与电子束蒸发同时照射时的MgF₂显示薄膜的光谱吸收特性[2]。其中 MgF₂实验中使用的原因是，它经常被用作减反射膜等光学多层膜中的低折射率材料，并且据说也是一种由于背向散射电子的入射而容易表现出吸收损失的材料。可以看出，随着电子束照射电流密度的增加，吸收率主要从可见短波长区向近紫外区增加。
图。图6定量地示出了各种光学薄膜材料的吸收率与由于电子束照射而产生的电子剂量之间的相关性。₂薄膜和二氧化钛₂可以看出，薄膜的吸收率几乎与由于电子束照射而产生的电子剂量成正比地增加。换句话说，为了保持光学薄膜由于背散射电子的影响而产生的吸收损失较低，必须减少沉积过程中进入的背散射电子的量。

 

利用电子枪BS-60050EBS制备近紫外区低吸收薄膜

图。图7示出了使用电子枪BS-60050EBS时来自蒸发源(钨丸)的背向散射电子发射角分布。作为比较参考，还示出了使用传统类型时的背向散射电子发射角分布。可以看出，电子枪BS-60050EBS发射仅限于大约30度或更小的低角度范围的反向散射电子。这意味着它不会向基板侧发射，基板侧通常向上放置在真空室中。
为了验证使用电子枪BS-60050EBS制造时光学薄膜的吸收损耗是否降低，在本报告中我们决定将基板放置在发射角57°的位置来比较光学薄膜的吸收损耗，与传统电子枪相比，反射电子发射量存在很大差异，如图8所示。图9显示了使用电子枪制造的MgF BS-60050EBS₂显示薄膜的光谱吸收特性。可以确认，与以往的电子枪相比，吸收损失主要在近紫外区域减少。

 

图。 7	使用电子枪BS-60050EBS时来自蒸发源的背散射电子的角度分布		图。 8	验证光学薄膜吸收损耗降低效果的实验系统
图。 9	使用电子枪BS-60050EBS生产MgF2薄膜的光谱吸收特性

 

摘要

电子枪BS-60050EBS从蒸发源发射的背向散射电子低，且发射角度范围窄，因此可以减少背向散射电子在基板上的入射，制造低吸收损耗的光学薄膜。因此，对于高性能光学薄膜的沉积工艺来说，它是一种极其有用的电子束蒸发枪。
虽然本文中没有提及，但已证实反射电子也会影响与树脂基材的粘合性，并且对于树脂基材上的气相沉积也有效。

 

参考文献

[ 1 ] Shigeki Maekawa，第八届 JEOL 高性能膜材料论坛 (2007)。
[ 2 ] Masanori Kamioka、Koji Shimizu、Shigeki Maekawa、Osamu Sugiyama，2008 年春季第 55 届应用物理学会讲座论文集第 2 号，30a-M-5。