1 Principes des films optiques
Dans cet article, nous présenterons les principes des films minces optiques, les logiciels de conception et la technologie de revêtement couramment utilisés.
Le principe de base qui explique pourquoi les films optiques peuvent réaliser des fonctions uniques telles que l'anti-reflet, la réflexion élevée ou la division de la lumière est l'interférence de la lumière en couche mince. Les films minces sont généralement composés d'un ou plusieurs groupes de couches de matériaux à indice de réfraction élevé et de couches de matériaux à faible indice de réfraction superposées en alternance. Ces matériaux de couche pelliculaire sont généralement des oxydes, des métaux ou des fluorures. En définissant le nombre, l'épaisseur et les différentes couches du film, la différence d'indice de réfraction entre les couches peut réguler l'interférence des faisceaux lumineux entre les couches du film pour obtenir les fonctions requises.
Prenons comme exemple un revêtement antireflet courant pour illustrer ce phénomène. Afin de maximiser ou de réduire les interférences, l'épaisseur optique de la couche de revêtement est généralement de 1/4 (QWOT) ou 1/2 (HWOT). Dans la figure ci-dessous, l'indice de réfraction du milieu incident est n0, et l'indice de réfraction du substrat est ns. Par conséquent, une image de l'indice de réfraction du matériau du film pouvant produire des conditions d'annulation des interférences peut être calculée. Le faisceau lumineux réfléchi par la surface supérieure de la couche de film est R1, le faisceau lumineux réfléchi par la surface inférieure du film est R2. Lorsque l'épaisseur optique du film est de 1/4 de longueur d'onde, la différence de chemin optique entre R1 et R2 est de 1/2 longueur d'onde, et les conditions d'interférence sont remplies, produisant ainsi une interférence destructrice d'interférence. Phénomène.
De cette manière, l’intensité du faisceau réfléchi devient très faible, atteignant ainsi l’objectif d’anti-réflexion.
2 Logiciel de conception de couches minces optiques
Afin de permettre aux techniciens de concevoir des systèmes de films répondant à diverses fonctions spécifiques, un logiciel de conception de couches minces a été développé. Le logiciel de conception intègre des matériaux de revêtement couramment utilisés et leurs paramètres, des algorithmes de simulation et d'optimisation de couche de film et des fonctions d'analyse, facilitant ainsi le développement et l'analyse pour les techniciens. Divers systèmes de films. Les logiciels de conception de films couramment utilisés sont les suivants :
A.TFCalc
TFCalc est un outil universel pour la conception et l'analyse de couches minces optiques. Il peut être utilisé pour concevoir divers types de systèmes de films antireflet, à haute réflexion, passe-bande, spectroscopiques, de phase et autres. TFCalc peut concevoir un système de film double face sur un substrat, avec jusqu'à 5 000 couches de film sur une seule surface. Il prend en charge la saisie de formules de pile de films et peut simuler différents types d'éclairage : tels que des faisceaux coniques, des faisceaux de rayonnement aléatoires, etc. Deuxièmement, le logiciel dispose de certaines fonctions d'optimisation et peut utiliser des méthodes telles que les valeurs extrêmes et les méthodes variationnelles pour optimiser l'éclairage. réflectivité, transmission, absorbance, phase, paramètres d'ellipsométrie et autres cibles du système de film. Le logiciel intègre diverses fonctions d'analyse, telles que la réflectivité, la transmission, l'absorbance, l'analyse des paramètres d'ellipsométrie, la courbe de distribution de l'intensité du champ électrique, l'analyse des couleurs de réflexion et de transmission du système de film, le calcul de la courbe de contrôle des cristaux, la tolérance et l'analyse de sensibilité de la couche de film, l'analyse du rendement, etc. L'interface de fonctionnement de TFCalc est la suivante :
Dans l'interface de fonctionnement présentée ci-dessus, en saisissant les paramètres et les conditions limites et en les optimisant, vous pouvez obtenir un système de film qui répond à vos besoins. L'opération est relativement simple et facile à utiliser.
B. Essentiel à Macleod
Essential Macleod est un progiciel complet d'analyse et de conception de films optiques doté d'une véritable interface d'exploitation multi-documents. Il peut répondre à diverses exigences en matière de conception de revêtements optiques, depuis de simples films monocouches jusqu'à des films spectroscopiques stricts. , il peut également évaluer les filtres de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) et de multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM). Il peut concevoir à partir de zéro ou optimiser des conceptions existantes, et peut détecter les erreurs de conception. Il est riche en fonctionnalités et puissant.
L'interface de conception du logiciel est présentée dans la figure ci-dessous :
C. OptiLayer
Le logiciel OptiLayer prend en charge l'ensemble du processus de couches minces optiques : paramètres - conception - production - analyse d'inversion. Il comprend trois parties : OptiLayer, OptiChar et OptiRE. Il existe également une bibliothèque de liens dynamiques (DLL) OptiReOpt qui peut améliorer les fonctions du logiciel.
OptiLayer examine la fonction d'évaluation de la conception à la cible, atteint l'objectif de conception grâce à l'optimisation et effectue une analyse des erreurs de pré-production. OptiChar examine la fonction de différence entre les caractéristiques spectrales du matériau de couche et ses caractéristiques spectrales mesurées sous divers facteurs importants dans la théorie des couches minces, et obtient un modèle de matériau de couche meilleur et réaliste ainsi que l'influence de chaque facteur sur la conception actuelle, soulignant l'utilisation de quoi Quels facteurs doivent être pris en compte lors de la conception de cette couche de matériaux ? OptiRE examine les caractéristiques spectrales du modèle de conception et les caractéristiques spectrales du modèle mesurées expérimentalement après la production. Grâce à l'inversion technique, nous obtenons certaines erreurs générées pendant la production et les réinjectons dans le processus de production pour guider la production. Les modules ci-dessus peuvent être liés via la fonction de bibliothèque de liens dynamiques, réalisant ainsi des fonctions telles que la conception, la modification et la surveillance en temps réel dans une série de processus allant de la conception du film à la production.
3 Technologie de revêtement
Selon différentes méthodes de placage, il peut être divisé en deux catégories : la technologie de revêtement chimique et la technologie de revêtement physique. La technologie de revêtement chimique est principalement divisée en placage par immersion et placage par pulvérisation. Cette technologie est plus polluante et présente des performances de film médiocres. Elle est progressivement remplacée par une nouvelle génération de technologie de revêtement physique. Le revêtement physique est réalisé par évaporation sous vide, placage ionique, etc. Le revêtement sous vide est une méthode d'évaporation (ou de pulvérisation) de métaux, de composés et d'autres matériaux de film sous vide pour les déposer sur le substrat à revêtir. Dans un environnement sous vide, l'équipement de revêtement contient moins d'impuretés, ce qui peut empêcher l'oxydation de la surface du matériau et contribuer à garantir l'uniformité spectrale et la cohérence de l'épaisseur du film. Il est donc largement utilisé.
Dans des circonstances normales, 1 pression atmosphérique équivaut à environ 10 puissance 5 Pa, et la pression d'air requise pour le revêtement sous vide est généralement de 10 puissance 3 Pa et plus, ce qui appartient au revêtement sous vide poussé. Lors du revêtement sous vide, la surface des composants optiques doit être très propre, de sorte que la chambre à vide pendant le traitement doit également être très propre. Actuellement, la manière d’obtenir un environnement sous vide propre consiste généralement à utiliser l’aspirateur. Pompes à diffusion d'huile, Une pompe moléculaire ou une pompe à condensation est utilisée pour extraire le vide et obtenir un environnement de vide poussé. Les pompes à diffusion d'huile nécessitent de l'eau de refroidissement et une pompe d'appoint. Ils sont de grande taille et consomment beaucoup d’énergie, ce qui polluera le processus de revêtement. Les pompes moléculaires nécessitent généralement une pompe secondaire pour faciliter leur travail et sont coûteuses. En revanche, les pompes à condensation ne polluent pas. , ne nécessite pas de pompe de support, a un rendement élevé et une bonne fiabilité, il est donc le plus approprié pour le revêtement optique sous vide. La chambre interne d'une machine de revêtement sous vide courante est illustrée dans la figure ci-dessous :
Lors du revêtement sous vide, le matériau du film doit être chauffé à l'état gazeux puis déposé sur la surface du substrat pour former une couche de film. Selon les différentes méthodes de placage, il peut être divisé en trois types : chauffage par évaporation thermique, chauffage par pulvérisation et placage ionique.
Le chauffage par évaporation thermique utilise généralement un fil de résistance ou une induction haute fréquence pour chauffer le creuset, de sorte que le matériau du film dans le creuset soit chauffé et vaporisé pour former un revêtement.
Le chauffage par pulvérisation cathodique est divisé en deux types : le chauffage par pulvérisation par faisceau d'ions et le chauffage par pulvérisation magnétron. Le chauffage par pulvérisation par faisceau d'ions utilise un canon à ions pour émettre un faisceau d'ions. Le faisceau d'ions bombarde la cible sous un certain angle d'incidence et projette sa couche superficielle. atomes qui se déposent à la surface du substrat pour former un film mince. Le principal inconvénient de la pulvérisation par faisceau d’ions est que la zone bombardée sur la surface cible est trop petite et que la vitesse de dépôt est généralement faible. Le chauffage par pulvérisation magnétron signifie que les électrons accélèrent vers le substrat sous l’action d’un champ électrique. Au cours de ce processus, les électrons entrent en collision avec des atomes de gaz argon, ionisant un grand nombre d’ions et d’électrons d’argon. Les électrons volent vers le substrat et les ions argon sont chauffés par le champ électrique. La cible est accélérée et bombardée sous l'action de la cible, et les atomes neutres de la cible sont déposés sur le substrat pour former un film. La pulvérisation magnétron se caractérise par un taux de formation de film élevé, une faible température du substrat, une bonne adhérence du film et peut réaliser un revêtement sur de grandes surfaces.
Le placage ionique fait référence à une méthode qui utilise la décharge de gaz pour ioniser partiellement le gaz ou les substances évaporées, et dépose les substances évaporées sur un substrat sous le bombardement d'ions de gaz ou d'ions de substance évaporée. Le placage ionique est une combinaison de technologie d’évaporation sous vide et de pulvérisation cathodique. Il combine les avantages des procédés d'évaporation et de pulvérisation et peut revêtir des pièces avec des systèmes de films complexes.
4 Conclusion
Dans cet article, nous présentons d’abord les principes de base des films optiques. En définissant le nombre et l'épaisseur du film ainsi que la différence d'indice de réfraction entre les différentes couches de film, nous pouvons obtenir l'interférence des faisceaux lumineux entre les couches de film, obtenant ainsi la fonction de couche de film requise. Cet article présente ensuite les logiciels de conception de films couramment utilisés pour donner à chacun une compréhension préliminaire de la conception de films. Dans la troisième partie de l’article, nous donnons une introduction détaillée à la technologie de revêtement, en nous concentrant sur la technologie de revêtement sous vide largement utilisée dans la pratique. Je pense qu'en lisant cet article, tout le monde comprendra mieux le revêtement optique. Dans le prochain article, nous partagerons la méthode de test de revêtement des composants revêtus, alors restez à l'écoute.
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Heure de publication : 10 avril 2024
