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摘要： 利用斜角蒸镀工艺镀制SiO2薄膜是获得低折射率薄膜的一个有效方法。通过电子束蒸发镀膜方式，利用自制的斜角蒸镀装置，研究了SiO2材料在斜角蒸镀工艺中薄膜倾斜角度与沉积角度的关系，薄膜沉积厚度与设定厚度的关系，薄膜折射率与沉积角度的关系。实验表明利用斜角蒸镀工艺镀制低折射率薄膜是可行的。实验得到了折射率为1.10的SiO2薄膜，并得到了重要的SiO2的折射率与沉积角度关系曲线。
关键词： 低折射率； SiO2 薄膜； 斜角蒸镀工艺
中图分类号： O 484文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.05.018
引言减反膜被广泛用来消除界面反射对光学系统或器件造成的不利影响。传统单层减反膜仅对于特定波长小角度入射时能起到很好的减反射效果，而传统的多层减反膜系虽然能实现宽波带减反，但却往往需要很多层才能实现。在广角、超广角镜头等光学系统，由于传统的减反膜已不能满足减反的要求，因此基于渐变折射率技术的全向宽波带减反射膜得到了发展。19世纪Raleigh L[1]就已开始对基于渐变折射率技术的全向宽波带减反射膜进行理论研究。1962年，Bernhard C G等[2]发现“蛾眼”效应及其表面针尖状阵列结构，为研究和制备全向宽波带减反射结构找到了新方法。要获取高质量的低折射率材料，斜角沉积是一个可行的方法。Robbie和Brett[3]于1997年首次指出吸附原子的扩散和原子的阴影是斜角入射沉积的主要生长机理；Robbie等[4]研究了蒸镀斜角与膜层中柱状体生长角度之间的关系。在此基础之上，Robbie等[5]用斜角蒸镀方法，利用一种材料制备出了多层rugate光学滤光片。后来，Kennedy和Brett[6]等利用斜角蒸镀技术镀制了SiO2渐变折射率增透膜，获得了较好增透性能。在国内沈自才等[78]也在理论上对于斜角蒸镀制备渐变折射率薄膜进行了探讨。黄涌等[9]在理论上对于斜角蒸镀工艺进行了综述。潘永强等[10]研究了TiO2薄膜在不同斜角沉积时的光学性能、填充密度和表面粗糙度。1实验装置与操作
1.1载玻片和硅片的清洗将载玻片切割成等大的方形，用酒精棉擦拭，硅片不用擦拭，然后将玻
1.2实验装置和操作SiO2薄膜样品的制备工艺采用电子束蒸发技术。内部实验装置示意图如图1所示，其中角β为倾斜沉积角度。镀膜过程中本底真空为5.0×10-3 Pa，工作压强维持在6.0×10-3 Pa，并维持沉积速率为0.5 nm/s。
1.3镀膜设备成都威特南光真空科技有限公司生产的WTX1100/13002DS1型箱式真空镀膜机，美国MAXTEK.INC生产的MDC—360C石英晶体控制仪。
2实验结果与分析
2.1SiO2纳米柱状多孔薄膜倾斜角度随沉积角度的变化为了寻找晶控设定厚度与实际薄膜厚度的对应关系，分别在60°、70°、80°、87°沉积角度下沉积的薄膜结构。其横截面扫描电镜如图2所示。对于图3所示斜角沉积，α表示薄膜柱状结构的倾斜角，β表示沉积倾斜角。不同沉积角度，初始设定厚度相同，得到的不同厚度纳米结构薄膜，当沉积角度为45°时才出现纳米柱状倾斜结构。其倾斜角度的测量依然采用SEM图像分析软件Image J。为了易于测量，从60°角倾斜沉积所得的薄膜开始，其对应沉积角度的关系如图4所示。可以发现，随沉积角度的增加，其纳米柱结构的倾斜角度也会随着变大。
2.2SiO2纳米柱状多孔薄膜沉积厚度随设定厚度的变化为了寻找晶控设定厚度与实际薄膜厚度的对应关系，分别在87°、85°、80°沉积角度下沉积了不同设定厚度的薄膜结构。87°角情况下，分别沉积了设定厚度为200 nm、300 nm、400 nm、500 nm厚度的薄膜结构。其横截面扫描电镜如图5所示。85°角情况下，分别沉积了设定厚度为40 nm、70 nm、100 nm、400 nm厚度的薄膜结构。其横截面扫描电镜如图6所示。80°角情况下，分别沉积了设定厚度为50 nm、100 nm、150 nm、300 nm厚度的薄膜结构，其横截面扫描电镜如图7所示。分别在87°、85°、80°沉积角度下，设定厚度与实际厚度的关系曲线如图8所示。从图8可以看出，设定厚度与实际厚度在不同沉积角度呈现系数不同的线性关系。
关键词： 低折射率； SiO2 薄膜； 斜角蒸镀工艺
中图分类号： O 484文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.05.018
引言减反膜被广泛用来消除界面反射对光学系统或器件造成的不利影响。传统单层减反膜仅对于特定波长小角度入射时能起到很好的减反射效果，而传统的多层减反膜系虽然能实现宽波带减反，但却往往需要很多层才能实现。在广角、超广角镜头等光学系统，由于传统的减反膜已不能满足减反的要求，因此基于渐变折射率技术的全向宽波带减反射膜得到了发展。19世纪Raleigh L[1]就已开始对基于渐变折射率技术的全向宽波带减反射膜进行理论研究。1962年，Bernhard C G等[2]发现“蛾眼”效应及其表面针尖状阵列结构，为研究和制备全向宽波带减反射结构找到了新方法。要获取高质量的低折射率材料，斜角沉积是一个可行的方法。Robbie和Brett[3]于1997年首次指出吸附原子的扩散和原子的阴影是斜角入射沉积的主要生长机理；Robbie等[4]研究了蒸镀斜角与膜层中柱状体生长角度之间的关系。在此基础之上，Robbie等[5]用斜角蒸镀方法，利用一种材料制备出了多层rugate光学滤光片。后来，Kennedy和Brett[6]等利用斜角蒸镀技术镀制了SiO2渐变折射率增透膜，获得了较好增透性能。在国内沈自才等[78]也在理论上对于斜角蒸镀制备渐变折射率薄膜进行了探讨。黄涌等[9]在理论上对于斜角蒸镀工艺进行了综述。潘永强等[10]研究了TiO2薄膜在不同斜角沉积时的光学性能、填充密度和表面粗糙度。1实验装置与操作
1.1载玻片和硅片的清洗将载玻片切割成等大的方形，用酒精棉擦拭，硅片不用擦拭，然后将玻
1.2实验装置和操作SiO2薄膜样品的制备工艺采用电子束蒸发技术。内部实验装置示意图如图1所示，其中角β为倾斜沉积角度。镀膜过程中本底真空为5.0×10-3 Pa，工作压强维持在6.0×10-3 Pa，并维持沉积速率为0.5 nm/s。
1.3镀膜设备成都威特南光真空科技有限公司生产的WTX1100/13002DS1型箱式真空镀膜机，美国MAXTEK.INC生产的MDC—360C石英晶体控制仪。
2实验结果与分析
2.1SiO2纳米柱状多孔薄膜倾斜角度随沉积角度的变化为了寻找晶控设定厚度与实际薄膜厚度的对应关系，分别在60°、70°、80°、87°沉积角度下沉积的薄膜结构。其横截面扫描电镜如图2所示。对于图3所示斜角沉积，α表示薄膜柱状结构的倾斜角，β表示沉积倾斜角。不同沉积角度，初始设定厚度相同，得到的不同厚度纳米结构薄膜，当沉积角度为45°时才出现纳米柱状倾斜结构。其倾斜角度的测量依然采用SEM图像分析软件Image J。为了易于测量，从60°角倾斜沉积所得的薄膜开始，其对应沉积角度的关系如图4所示。可以发现，随沉积角度的增加，其纳米柱结构的倾斜角度也会随着变大。
2.2SiO2纳米柱状多孔薄膜沉积厚度随设定厚度的变化为了寻找晶控设定厚度与实际薄膜厚度的对应关系，分别在87°、85°、80°沉积角度下沉积了不同设定厚度的薄膜结构。87°角情况下，分别沉积了设定厚度为200 nm、300 nm、400 nm、500 nm厚度的薄膜结构。其横截面扫描电镜如图5所示。85°角情况下，分别沉积了设定厚度为40 nm、70 nm、100 nm、400 nm厚度的薄膜结构。其横截面扫描电镜如图6所示。80°角情况下，分别沉积了设定厚度为50 nm、100 nm、150 nm、300 nm厚度的薄膜结构，其横截面扫描电镜如图7所示。分别在87°、85°、80°沉积角度下，设定厚度与实际厚度的关系曲线如图8所示。从图8可以看出，设定厚度与实际厚度在不同沉积角度呈现系数不同的线性关系。