Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы нанесения и контроля оптических . покрытий 9
1.1. Способы формирования слоев осаждением в вакууме 9
1.2. Методы вакуумной асферизации . 14
1.3. Контроль толщины тонких пленок в процессе осаждения 21
1.4. Контроль формы оптических асферических поверхностей . 25
Глава 2. Расчет распределения толщины слоев получаемых испарением в.вакууме 33
2.1. Постановка задачи 33
2.2. Распределение толщины слоя на поверхности подложки, совершающей планетарное вращение 37
2.3. Распределение толщины слоя при использо- вании испарителя, малых размеров 45
2.4. Расчет -распределения толщины слоя на подложках, со сферической, формой поверхности.. Обсуждение результатов 47
2.5. Выбор параметров подложки и геометрии вакуумной установки.для создания поверхностей,
заданной асферичностью 54
2.6. Упрощенный расчет профиля слоя планоидных асферических элементов, изготовленных при одинарг . ном вращении подложки 60
Глава 3. Оптимизация формы приемной поверхности при.массовом изготовлении тонкопленочных систем 68
3.1. Связь между формой приемной поверхности и геометрией испарительной установки при осаждении равнотолщинных слоев 71
3.2. Определение оптимальной формы приемной поверхности при испарении из точечного иплоского испарителя 75
Глава 4. Экспериментальное исследование покрытий переменной толщины 84
4.1. Экспериментальная вакуумная установка 84
4.2. Особенности формирования диэлектрических покрытий 87
4.3. Исследование металло-диэлектрических асферизующих систем 99
4.4. Антиотражательные фильтры с бесконечной контрастностью 114
4.5. Выводы , 124
Заключение 128
Литература 130
Приложение 142
- Контроль толщины тонких пленок в процессе осаждения
- Распределение толщины слоя при использо- вании испарителя, малых размеров
- Определение оптимальной формы приемной поверхности при испарении из точечного иплоского испарителя
- Исследование металло-диэлектрических асферизующих систем
Введение к работе
Диссертационная работа относится к области оптики тонкослойных покрытий и посвящена разработке и исследованию методов формирования покрытий с заданным распределением толщины слоя по поверхности подложки.
Расширение фронта исследований в области тонких пленок связано в первую очередь с их успешным применением при решении многих технических задач. Среди сравнительно новых областей применения тонкослойных покрытий можно назвать микроэлектронику, где на основе тонких пленок изготавливаются активные и пассивные элементы электрических цепей, вычислительную технику с тонкопленочными магнитными и проводящими элементами, авиацию и космонавтику, где используются специальные покрытия, регулирующие температуру корабля в полете, интегральную оптику.
Одной из традиционных областей применения тонкопленочных покрытий является оптика. Так, исторически первым» нашедшим широкое применение свойством тонких пленок, было обнаруженное Тейлором и объясненное в 30-е годы Бауэром и Стронгом, явление просветления тонкой пленкой оптических поверхностей. В последующие годы на основе тонкопленочных покрытий были разработаны многочисленные оптические элементы, обладающие различными полезными свойствами. К числу таких элементов относятся зеркала, свето- и спектроделители, поляризаторы, узкополосные интерференционные фильтры, работающие в отражении и пропускании. Создание зеркал с высоким коэффициентом отражения в широкой области спектра позволило решать задачу поиска новых генерирующих переходов без перестройки лазерного резонатора.
К настоящему времени наибольшее распространение в оптической технологии получили тонкослойные системы на основе диэлектричес-
ких пленок, имеющих малое поглощение. Применение таких покрытий позволило осуществить на практике генерацию в газовых средах с малым коэффициентом усиления, реализовать узкополосные фильтры с малой полушириной полосы пропускания (единицы Ангстрем) и зеркала с коэффициентом отражения R > 99,8$, обладающие повышенной световой прочностью.
Одним из интересных и крайне важных для практики свойств тонкопленочных покрытий является свойство формировать волновой фронт излучения. Подобные покрытия могут быть использованы для исправления аберраций оптических элементов и систем, изготовления длиннофокусных линз и зеркал, создания элементов с заданным фронтом световой волны (компенсаторов) и т.д. Для решения указанной задачи необходимо применение покрытий, толщина которых имеет заданное распределение по поверхности подложки. При этом в качестве базовых поверхностей для осаждения неравнотолщинных слоев служат плоскости или сферы, точное изготовление которых в настоящее время освоено оптической промышленностью. Слои, имеющие толщину, переменную по поверхности подложки, получили название асферизующих, так как хотя бы одна поверхность слоя в этом случае отлична от сферы или плоскости.
Асферизация нанесением дополнительного слоя вещества в высоком вакууме была предложена в 1936 году Стронгом и Гавиола, которые применили этот метод для изготовления параболических отражателей. Работы, выполненные в последующие годы, в основном были направлены на совершенствование технологии нанесения асферизующих слоев. Таким образом, к настоящему времени известно достаточно большое количество полезных свойств тонкослойных оптических покрытий. Среди методов изготовления тонких пленок в оптической технологии наибольшее распространение получили методы
испарения вещества в высоком и сверхвысоком вакууме. При этом разогрев испаряемого вещества осуществляется термическим или радиационным способами, мощной электронной бомбардировкой или воздействием лазерного излучения. Отечественная промышленность, а также ведущие в вакуумной технологии зарубежные фирмы в настоящее время выпускают производительные установки, позволяющие изготавливать оптические покрытия различного целевого назначения.
В зависимости от своего функционального назначения покрытия, нанесенные на поверхность оптических деталей, должны иметь различное распределение толщины. Так, например, для формирования качественных спектральных характеристик узкополосных интерференционных фильтров типа абри-Перо вариация толщины слоя на поверхности подложки не должна превышать 0,01 - 0,05 % В случае сравнительно широкополосных систем (четвертьволновые зеркала, однослойное просветляющее покрытие) требования к равнотолщиннос-ти покрытия значительно ниже, однако и в этих случаях слишком большой разброс толщины покрытий в различных зонах подложки приводит к невозможности реализации расчетных оптических характеристик.
При изготовлении неравнотолщинных (асферизующих) слоев точность воспроизведения, профиля для ответственных деталей должна составлять «q - Jqq . При этом функции распределения толщины слоя могут отличаться большим разнообразием.
Все вышесказанное делает проблему формирования слоев с заданным распределением толщины весьма актуальной, так как решение этой задачи необходимо при любом способе использования оптических покрытий. Как показано в данной работе, покрытие, нанесенное на искривленную поверхность, должно обязательно иметь асферический профиль уже для того, чтобы оно могло формировать спектраль-
ный состав и энергетические характеристики излучения. Естествен-но?асферизующие свойства покрытия приводят и к формированию фронта волны, которое должно учитываться при аберрационном расчете оптического элемента. Исключение составляют оптические поверхности, форма которых совпадает с формой фронта падающей волны. В этом случае покрытие должно иметь толщину, постоянную по поверхности подложки. При этом следует отметить, что имеющиеся к настоящему времени способы управления профилем осаждающихся покрытий (например, при помощи маеок-экранов) не являются удовлетворительными по воспроизводимости, точности и производительности, что делает необходимым поиск других, более эффективных способов получения покрытий с заданными геометрическими свойствами.
В диссертационной работе проводится расчет условий осаждения пленок, обладающих заданным распределением толщины, на подложках с произвольной формой поверхности. Для расчета была выбрана наиболее производительная компоновка вакуумной системы (испарение из источника больших размеров на группу подложек, совершающих планетарное вращение). Особое значение при решении указанной задачи имеет доказательство соответствия расчету эмиссионной характеристики реального испарителя, а также ее стабильности. 1ак как в современной литературе по этому поводу высказываются весьма разноречивые суждения, в диссертационной работе поставлены эксперименты по изучению процессов, происходящих при осаждении слоев. Забегая вперед, укажем, что полученные результаты позволяют однозначно ответить на вопросы, связанные со стабильностью и воспроизводимостью эмиссионной характеристики испарителя. Естественно, изучение процессов формирования тонкослойных покрытий заданного профиля, а также разработка методики их получения в воспроизводимых условиях, тесно связаны с необходи-
мостью проведения контроля оптических и геометрических параметров получаемых слоев. Поэтому в предлагаемой работе достаточно большое внимание уделено выбору оптимальных с точки зрения простоты и точности средств контроля профиля тонкопленочных покрытий.
Из изложенного следует, что диссертационная работа посвящена разработке методики получения и исследованию оптических пою рытий, обладающих заданным распределением толщины по поверхности подложки, обеспечивающих формирование как спектральных и энергетических, так и волновых характеристик излучения.
Контроль толщины тонких пленок в процессе осаждения
Изготовление любых типов тонкопленочных покрытий с заданными оптическими и геометрическими характеристиками требует точного соответствия между рассчитанными и экспериментально реализуемыми толщинами слоев. Поэтому задача контроля толщины слоя в процессе осаждения испаряемого вещества имеет важное значение. К настоящему времени разработано большое число методов контроля, принципиально отличающихся друг от друга [з] При проведении измерений толщины используются оптические, радиотехнические, радиографические методы.
Одним из наиболее простых и широко употребительных методов контроля толщины слоя в процессе осаждения является фотометрический метод, использующий интерференционные явления в тонких слоях [30] .
Способы проведения фотометрического контроля отличаются друг от друга точностью, простотой реализации, объемом необходимой расчетной работы. Наиболее употребительным является метод измерения оптической толщины тонких пленок, основанный на регистрации экстремумов отражения или пропускания на некоторой фиксированной длине волны [30,35] . Контрольная длина волны при этом выделяется узкополосным фильтром или монохроматором. Для слоев, оптическая толщина которых кратна 4г » гДе контрольная длина волны, при регистрации отражения или пропускания наблюдаются экстремумы. Испарение вещества прекращается в момент достижения экстремального значения регистрируемой величины. Так, например, при осаждении на подложку пленки с показателем преломления, большим, чем у подложки, в пропускании при оптических толщинах nt = ГП А t где m - целое число, будут наблюдаться максимумы, а при n.t = (2m+i) - _ минимумы [Зб] . В отражении картина изменится на обратную. Условия максимумов и минимумов пропускания поменяются местами при обратном соотношении между показателями преломления пленки и подложки.
Описанный метод прост, не требует предварительной вычислительной работы. Недостатком его является сравнительно невысокая точность. Потеря точности в этом случае связана с тем обстоятельством, что вблизи экстремума регистрируемый сигнал изменяется медленно, то есть большим изменениям оптической толщины соответствуют сравнительно.небольшие изменения пропускания (отражения). Точность "фиксации" экстремума можно значительно повысить, записывая регистрируемую кривую-на самописце [б0] и . производя "интегрирование на глаз" на участке кривой, предшествующем экстремуму.
Для контроля слоев, оптическая толщина которых не кратна , используются модификации-предыдущего метода. Так в работе [П7] с помощью гелий-неонового лазера по экстремумам контролируется слой на специальной детали - "свидетеле". Расстояния от "свидетеля" до испарителя и от испарителя до рабочей детали выбираются таким образом, чтобы за время образования на "свидетеле" четвертьволнового слоя на детали осаждался слой заданной толщины.
Попутно следует отметить, что кроме гелий-неоновых лазеров, для проведения оптического контроля возможно использование и других источников линейчатого спектра. Например, в работе [76] описывается конструкция водородной лампы, излучающей d. - линию Лаймана. Данная лампа специально разработана для проведения фотометрического контроля толщины слоев в ультрафиолетовой области спектра.
В методах контроля, описанных в работах [23-25,54,98] , делаются попытки преодолеть трудности,присущие контролю по экстремумам.
В статье [lI3J предлагается регистрировать сигнал, амплитуда которого пропорциональна вблизи Ао первой производной пропускания Т В этом случае сигнал вблизи оптических толщин слоев, кратных А?, изменяется наиболее резко, обращаясь внуль при nt= tn Ля . Точность регистрации оптической толщинуны в этом случае увеличивается. Необходимо отметить, что проведение такого вида контроля связано с известным усложнением аппаратуры, а именно с введением в оптическую схему спектрального прибора со сканированием по спектру.
В работах [95,114,118] предлагается вести контроль оптической толщины пленки по двум длинам волн, таким, чтобы приnt=ni -jj- коэффициенты отражения 1\Лі и \\z были одинаковы. Нетрудно показать, что равенство будет выполняться, когдаАо= —/ % \ Недостатком данного метода является при-годность его лишь для контроля четвертьволновых пленок. Кроме того, при выводе последнего соотношения не учитывалась диспер - сия показателя преломления пленки.
Для реализации перечисленных методов контроля не требуется предварительной вычислительной работы, если контроль ведется непосредственно по напыляемому образцу. В противном случае приконтроле покрытий, оптические толщины которых не кратны А2, необ нходимо предварительно рассчитать значения длины волны, при которой пропускание (отражение) имеет экстремум при нужной оптической толщине слоя.
Наиболее перспективными являются методы контроля, описанные в [24,60Діб] и обладающие повышенной точностью (в 4-5 раз по сравнению с контролем по экстремумам). Такое увеличение точности возможно при проведении контроля на длине волны, для которой пропускание или отражение меняется наиболее резко. Реализация данного метода требует предварительного вычисления оптических характеристик покрытия. Особенно трудоемкой эта работа является для многослойных систем, расчет характеристик которых необходимо выполнять на ЭВМ с применением матричных или рекуррентных формул [35,33,47] . Пример такого расчета приведен, например [24,60] .
Кроме описанных фотометрических методов контроля толщины слоев при изготовлении покрытий применяются и другие оптические методы, например, интерферометрические [59] или поляризационные (эллипсометрические) [70] .
Следует отметить, что применение оптических методов для измерения "физической" толщины покрытий (что важно, например, при-контроле асферизующих слоев) требует знания показателей преломления тонких пленок. Например, при контроле по экстремумам величина показателя преломления слоя может быть определена по относительным величинам минимумов и максимумов [4,69]
В заключение следует упомянуть группу хорошо развитых ра диотехнических методов контроля толщины слоя в процессе осаждения [70] : метод кварцевого резонатора, идея которого заключается в регистрации изменения частоты кварцевого генератора при осаждении слоя на свидетель, входящий в состав генератора; метод)позволяющий измерить скорость осаждения при помощи ионизационной контролирующей системы. Сразу следует сказать, что для измерения толщины слоев данные методы менее пригодны, чем оптические, так как их применение требует знания плотности осаждающихся слоев.
Распределение толщины слоя при использо- вании испарителя, малых размеров
Полученные в предыдущем параграфе формулы позволяют вычислить распределение толщины осажденного слоя при испарении из круглого испарителя конечных размеров. При этом на форму поверхности подложки не накладывается никаких ограничений.
Однако следует отметить, что большинство промышленных установок вакуумного напыления имеют сравнительно большие размеры рабочей камеры и снабжены испарителями в виде тиглей или металлических лодочек,, размеры которых малы по сравнению с расстоянием до подложек. В связи с этим, необходимым является вычисление функции распределения толщины для плоского испарителя бесконечно малых размеров (элементарная площадка), а также решение вопроса о возможности пренебрежения размерами испарителя в конкретных условиях эксперимента.
Соответствующую формулу для толщины слоя в исследуемой точке подложки можно получить переходя в (2.7) к пределу при(}-»0 .
Так как шт ї- шт &г - 0 является неопределенным, дляего вычисления необходимо воспользоваться правилом Лопиталя. В этом случае имеемUm-jfc = Bum &Ф)=4ЇҐ--. Таким образом, функция р($) для испарителя бесконечно малых размеров дается выражением Для плоской подложки (C0S=i , SinS=0 tZ = CQnSt ) выражение для толщины слоя совпадает с полученным в работе [21] .
Так же как и в случае испарителя конечных размеров, подынтегральная функция в (2.9) содержит тригонометрические функции с различными периодами. Это обстоятельство приводит к невозможности вычисления полученных интегралов в квадратурах, и в общем случае необходимо пользоваться численными методами. Однако, при определенных условиях, можно получить аналитическую зависимость толщины слоя в исследуемой точке от ее координаты Р .
Интегрирование (2.9) в квадратурах возможно при a=0 , то есть когда испаритель находится на оси вращения приемной поверхности, или Ъ=0 (одинарное вращение). При этом распределения толщины в обоих случаях формально совпадают друг с другом, а также с распределением толщины, получаемом при использовании кольцевого испарителя. (На это обстоятельство указывалось в работах [22,104] ).В случае одинарного вращения подложки (Х=0 ) Нетрудно видеть , что в этом случае толщина слоя в точке с координатой р не зависит от начального угла ift , то есть при реализации целого числа периодов будет образовываться пленка с осесимметричным профилем. Для этого необходимо использовать технологические режимы с относительно небольшой скоростью осаждения, а4 следовательно, с невысокой температурой испарителя. Согласно Холлэнду [77J упругость паров испаряемого вещества в этом случае порядка 40 mm псі.ZA. Расчет распределения, толщины слоя на подложках со сферической формой поверхности. Обсуждение результатов.
Расчет толщины пленки, осажденной на подложку, совершающую планетарное вращение, сводится к численному вычислению интегралов (2.7,2.9) или применению формулы (2.10). Так как постоянный множитель, входящий во все эти соотношения , точ Ядсоно не известен и определяется временем осаждения слоя,целесооб W) разно исследовать нормированную функцию распределения ..А ,которую обычно называют профилем покрытия. При этом толщина слояв центре подложки чО) может быть легко проконтролирована вовремя опыта.
Вычисление профиля осажденного слоя в данной работе производилось на ЭЦВМ с использованием стандартной процедуры интегрирования. Расчет выполнялся для подложек со сферической формой поверхности различного радиуса кривизны.
Величины, характеризующие сферическую поверхность, имеют Здесь R - радиус кривизны сферы, %o=2(o)- высота полюса вращения подложки над плоскостью испарителя. Как и раньше, в формулах (2.II) верхний знак соответствует вогнутым поверхностям, нижний - выпуклым. В целях сокращения числа варьируемых параметров все геометрические величины нормировались на величину расстояния от испарителя до оси вращения приемной поверхности 0L . Расчет производился при следующих значениях параметра ol : -4, -I, 0, 0,25, 0,5, 5, 20. При этом начальные фазы ЦцаО , а фі=0 и Ф . При каждом значении указанных величин отношению - придавались значения 0, 0,3,. 0,5,. 0,7. Параметр - =- варьировался от 0,5 до 2,0 с шагом 0,1. Приведенный радиус кривизны подложки -г изменялся от 0,1 до 5,0 с шагом 0,5, кроме того, ему придавались значения 5, 12, 24. Все расчеты выполнялись для испарителей, имеющих размеры 2L в о, 0,1, 0,2, 0,5 в относительных единицах.Для выбора пределов варьирования координаты точки подложки— необходимо учитывать, что при осаждении слоя на сферическую поверхность большой кривизны, определенные зоны подложки могут затеняться ее краем. Выражения (2.7-2.9), которые использовались при расчете, предполагают, что осаждение слоя происходит непрерывно, без затенения. Для выполнения последнего условия необходимо, чтобы
Определение оптимальной формы приемной поверхности при испарении из точечного иплоского испарителя
Для точечного (изотропного) испарителя уравнение (3.4) преобретает наиболее простой видОчевидным решением этого уравнения является у = ;і , что соответствует сферической поверхности с центром, совпадающим с испарителем, 9=і . Данное решение хорошо известно [77] . Поверхности сферической формы широко применяются в тонкопленочной технологии. Однако, при этом используется лишь небольшая часть сферы, что свидетельствует о нерациональном использовании объема рабочей камеры.
Однако, кроме указанного, уравнение (3.5) имеет и другие решения, которые легко могут быть найдены методом разделения переменных. А именноили orccos Ц=213+С , где С- произвольная постоянная. -Таким образом, для точечного испарителя окончательно получим Константа в (3.6) может быть определена из граничного условия, которое удобно выбрать в виде Р =о= При этом С30 .
Поверхность, определяемая равенством (3.6) при условии С=0 изображена на рис.3.2. Она получается вращением вокруг оси 02 лемнискаты Бернулли Р \fcoS2W. Площадь данной поверхности примерно в два раза превышает площадь соответствующей сферы Р=4 (см.рис.3.2), то есть применение приемных поверхностей, заданных уравнением (3.6), дает возможность значительно повысить производительность установок напыления с изотропным испарителем.
Отметим, что выражение (3.6) является общим решением уравнения (3.5), в то время как известное соотношение P=4(y=4J есть особое решение [34j .
Рассмотрим процесс осаждения пленки из плоского поверхностного испарителя, помещенного на оси.вращения приемной поверхности. В этом случае в уравнении (3.4) П=4 , и оно может быть переписано в виде
Особое решение этого уравнения также известно [77] . Поверхность, соответствующая данному решению U= COS2 является сферой, проходящей через испаритель P=COSu. Подложкодержатели подобного типа также достаточно широко используются при производстве оптических покрытий.Как и в предыдущем случае, используемая часть сферической поверхности сравнительно невелика.Это делает актуальной задачу поиска других решений уравнения (3.7), так как среди этих решений могут оказаться образующие кривые, позволяющие увеличить площадь приемной поверхности, и, соответственно, повысить производительность вакуумных установок. В уравнении (3.8) знак может быть выбран, с учетом известногоособого решения U=CDS2/frВ этом случае U jT & $ следовательно вместо (3.8) имеемВообще можно показать, что верхний знак в уравнении (3.8) дает физически неразумные решения Р О .
Таким образом, оставляя нижний знак в правой части (3.8) и производя замены tgl7 = T , tgu = f , получимПодставляя в данное равенствоперепишем его в видеУравнение (3.9) является уравнением Абеля, которое может быть приведено к линейному посредством замен:после чего
Дифференциальное уравнение (3.10) является линейным по . Оно может быть легко решено методом вариации постоянной. Для однородного уравнениярешением являетсягде С - константа.Будем искать решение уравнения (ЗЛО) в виде U=coslfSLnU. (3.15) На рис.3.3 приведены зависимости f от Q в соответствии с формулой (3.12). Используя также соотношения (3.13) и (3.15), для различных значений произвольной постоянной можно построить зависимость у (і?) и определить искомые функции Р(Ъ)= ТГ Отметим, что функция (ь) является многозначной (точнее каждому значению 1 соответствует два значения Р ). Исключение составляют экстремальные точки кривых С) на рис.3.3. Они лежат на гиперболе Т9= , которой в системе координат Р ,Ъ соответствует кривая Р= \f cosl) .
Образующие кривые (%t) для некоторых значений константы показаны на рис.3.4. При этм учтено, что интервал изменения V в нашем случае составляет [0,-тг ] .
Там же показано особое решение уравнения P=COS/U. Из рисунка видно, что, выбирая в качестве образующих кривых соответствующие ветви решений (обозначены сплошной линией), можно значительно (в 2 - 3 раза) увеличить площадь приемной поверхности, а следовательно решить задачу повышения производительности вакуумных установок. В заключение отметим, что максимальный угол раствора поверхности 1?тлх должен выбираться из условий обеспечения углов падения вещества в пределах 0-40. Большие значения углов ведут к образованию рыхлого непрочного
Исследование металло-диэлектрических асферизующих систем
Результаты экспериментального изучения профиля диэлектрических покрытий позволяют предположить, что существенное влияние на распределение толщины слоев оказывает температурный режим поверхности подложки. Окончательные выводы могут быть сделаны после измерения температуры в различных зонах поверхности щетали во время, опыта и последующего изучения профиля образовавшейся пленки. Однако, вследствие того, что радиальный градиент температуры может и не воспроизводиться в различных условиях, из-за различия материалов подложки, конструкции оснастки и т.д., практически более ценным является подход, обеспечивающий равномерность температуры по поверхности подложки вовремя осаждения покрытия. - - Наиболее простой способ выравнивания температуры поверхности можно предложить для .тонкопленочных асферических отражателей, на асферизующий слой которых наносится непрозрачный слой высокоотражающего металла. Так как в.этом случае спектральные и энергетические-характеристики готового элемента.будут определяться оптическими параметрами внешнего металлического слоя, при формировании самого асферизующего покрытия можно применять любые пленкообразующие вещества, ориентируясь лишь на создание благоприятного теплового режима поверхности.
Повидимому, самым простым способом уменьшения вредного температурного эффекта является предварительное нанесение на подложку слоя металла с высокой теплопроводностью. К числу таких материалов относятся, например, алюминий, медь, серебро и другие элементы из группы благородных металлов. Ввиду доступности, дешевизны и сравнительно высокой химической устойчивости, предпочтение можно отдать алюминию. При этом следует отметить, что упомянутые металлы обеспечивают двоякую защиту поверхности подложки от неравномерного нагрева, так как кроме высокой теплопроводности они имеют.высокий коэффициент отражения в ближней инфракрасной области.
В диссертационной работе изучались диэлектрические.покрытия переменной толщины, осажденные на пленку алюминия. Большой интерес при этом представляет исследование влияния на профиль диэлектрической.системы толщины подстилающей металлической пленки. На рис.4.8 приведены экспериментальные, зависимос tcs)ти -Л-; для покрытии на.алюминиевой пленке с пропусканием 53$ и 22.% и толщиной, соответственно, Знм и бнм (кривые 2. и 3), а также на стеклянной подложке без металла (кривая I). . Данные эксперименты поставлены в одинаковых "геометрических условиях" (указаны на рисунке) и при идентичных режимах испарения. Асферизующая диэлектрическая система состояла из чередующихся слоев сернистого цинка и фтористого магния. Контроль оптических толщин проводился-по экстремумам отражения..При . этом все слои, кроме первого, имели.оптическую толщину, рав НУЮ /Г" Оптическая толщина первого, прилегающего к алюми-Чниевой пленке слоя, может быть определена из соотношения101 где m - порядок интерференции, n - показатель преломления вещества первого слоя ( ZnS ), А - длина волны при контроле,динатой Рив центре подложки. Отметим, что формулой (4.4), следующей из (4.2), можно пользоваться при определении общей толщины асферизующего покрытия, так как данный экстремум спектральной характеристики формируется еще при осаждении первого диэлектрического слоя. Нанесение остальных слоев лишь меняет фазу, при этом изменяется только характер экстремума (минимум или максимум), положение его на шкале длин волн остается неизменным.
Возвращаясь к рис.4»8, следует отметить, что при малой толщине защищающей от нагрева металлической пленки функция распределения толщины покрытия все еще имеет некоторые отличия от рассчитанных значений.Расхождения в этом случае в несколько раз меньше, чем при осаждении диэлектрического покрытия на стеклянную подложку без пленки. То есть, даже применяя полупрозрачные пленки алюминия, нежелательный температурный эффект можно значительно уменьшить. Отличие экспериментальных кривых от расчета в этом случае можно объяснить недостаточно высоким коэффициентом отражения полупрозрачной пленки .алюминия, а также ее сравнительно небольшой поверхностной теплопроводностью. Уже.при толщине пленки алюминия б нм (кривая 3 на рис.4.8) различия экспериментально полученного и рассчитанного распределений толщины становятся пренебрежимо малыми.
-Эксперименты .по изучению профиля диэлектрических покрытий, нанесенных на полупрозрачные металлические пленки различной толщины при разных условиях .осаждения покрытий, еще раз подтверждают справедливость.предположения.об определяющей роли теплового режима поверхности.подложки на точность и воспроизводимость получаемых результатов.
Разумеется, полупрозрачные металлические пленки являются пригодными скорее для исследования процессов, происходящих при осаждении диэлектрического слоя, чем для широкого практического применения. Более интересными в этом плане являются непрозрачные металлические слои. Их применение позволяет, наряду с устранением градиента температуры поверхности подложки, упростить обработку экспериментальных результатов, так как для вычисления скачка фазы ог , входящего в формулу (4.4), вместо громоздких соотношений (4.3) можно использовать более простое выражениегде, как и раньше, П . - показатель преломления первого слоя, Пі+ІКг .- комплексный показатель преломления металла. В этом случае.непрозрачная пленка металла выполняет функции массивной поглощающей подложки. Результаты некоторых экспериментов такого рода демонстрируются рис.-4.9,4.10,4.14,4.16,4.17. Опыты ставились в различных условиях: при разной геометрии схемы вакуумной установки, отличающихся скоростях осаждения, которые лежали в интервале от 2 до 40А/сек» Использовались подложки из стекла разных марок, кварца, оптического ситалла C0II5. Материалы оправ, в которые помещались подложки также были различны (латунь, сталь, дюралюминий). Количество алюминия при испарении подбиралась таким образом, чтобы обеспечить получение зеркально отражающей, непрозрачной, пленки толщиной 60-80 нм. Контроль проводился по-отражению.
В качестве неравнотолщинных асферизующих систем использовались чередующиеся слои диэлектриков (,ZnS —MgFz »Zn.$-NcisALf6 ) Как и раньше, все слои, кроме первого, имели оптическую толщину кратную —г- - , оптическая толщина
