本申请涉及一种用于电子束蒸发源的气氛控制装置及镀膜设备，该气氛控制装置设置在镀膜设备的真空室内，包括金属壳、贴设在金属壳一端内壁的高导热绝缘层、设置在高导热绝缘层内的电极、贴设在至少部分金属壳内壁的第一耐热绝缘层、贴设在金属壳内壁的环形磁铁，电极设置在金属壳的进气口和喷口之间，从进气口进入容纳腔内的气体经过电极电离化后流向喷口，电极的材料为高纯度金属铪或高纯度金属锆。气氛控制装置的尺寸大大缩小，结构紧凑，占用空间小，可安装在气路内，使用范围广，离子化效果明显；价格低廉；使用寿命长，使用高纯度的金属铪或锆为电极材料，避免装置对镀膜材料的污染，制备更低缺陷的薄膜。制备更低缺陷的薄膜。制备更低缺陷的薄膜。
【技术实现步骤摘要】
用于电子束蒸发源的气氛控制装置、镀膜设备及镀膜工艺
[0001]本专利技术涉及一种用于电子束蒸发源的气氛控制装置及镀膜设备，属于镀膜
技术介绍
[0002]在常规的真空蒸发过程中，材料经过加热并脱离原有物质表面转化为蒸汽，即大量不同质量的无序运动的小分子团从高温中获得动能，并在真空中扩散到待镀膜零件表面后沉积到其表面上。通过多次碰撞将动能释放，材料分子在动能下降后互相连接并稳定下来，形成新的固体薄膜结构。这个过程就是一般物质蒸发成膜的过程。电子束加热是一种经常使用的材料加热方式，电子束具有容易控制，无需实际物质接触，能量容易集中等多种优点，因此是目前真空蒸发镀膜工艺中的主要加热手段。
[0003]在物质蒸发成膜过程中，不同的物质表现并不相同。对于单一组分的单质材料来说，这个过程类似于固体转化为蒸汽的相变过程，但是如果材料是化合物情况会比较复杂，由于不同材料分子内部，原子键结合力不同，且不同原子和分子的蒸汽压差异，导致蒸汽的组成和材料原始组成会存在差异，不同成分的分子团能量也会不同。
[0004]对于化合物材料，如果材料组分之间的键能很强，则分子很难被拆散，组分的化学成分基本上也不会变化，这种情况和单质类物质类似。但如果组分之间键能不够强，则组分之间的化学键很可能在蒸发时被破坏。这种情况在氧化物，硫化物，氟化物类的镀膜材料中均有发现。特别是重金属化合物，材料的失氧，失氟，失硫这样的现象很常见。由于气体分子通常更加容易逸散，为了保证最终成膜化学组分不会异常，一般会在蒸发过程中人工引入部分化学元素以控制气氛，如充氧就是一种常见的氧化物镀膜辅助手段。
[0005]当蒸发一些和金属
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氧键能结合力不够高的金属氧化物时，如Hf，Ti，Ta的氧化物，由于气体分子在蒸发过程中更容易逃逸，因此成膜时容易出现材料氧化不足的问题，氧元素离开后形成了氧空位会造成不同波长的光线吸收，导致材料光性能变坏。为了提高薄膜的氧化程度，一般是采用真空计控制分压压强的方式将氧气直接引入腔室内。这些充入的气体扩散到真空室内，并在和蒸发物质碰撞后获得较高动能，最终进入薄膜内和氧空位结合，通常可以改善镀膜材料因高温而导致的氧元素缺失。这也是TiO2类镀膜过程中经常使用的充氧工艺。具体来说，比较常见的方式是使用气路将充气口接入坩埚附近，并使用匀气环结构，使冲入的气体均匀射向坩埚内。这样气体可以直接扩散到坩埚内，和材料分子碰撞以获得更高的能量。气体能量较高则扩散会更容易，这样会减少气体用量，提高气体的使用效率。但由于冲入的气体为室温，即使通过碰撞获得一部分能量后，总体能量仍然较低，因此这种气体导入的方式对于一些还原性不强的材料，如Ta，Nb，Hf仍然很难做到充分反应。如果材料的氧化不够充分，形成的薄膜结构中仍会存在空位，导致薄膜光学透过性能不佳。
[0006]为了提高充入气体的能量，目前常用的手段是将氧气引入离子源来实现充氧。常温的氧气被离子源加速后，会被赋予较高能量和活性。由于离子源的工作气体通常为氩气，冲入的气体需要和氩气混合使用。离子源在内部磁场和电场作用下，利用电子碰撞或其他
机理将氩气和其他气体离子化，通过和氩离子碰撞使混合其中的氧离子获得更高能量。氧气离子化后，表面电子被激发，因此活性增强，在蒸发过程中和薄膜接触后，可以更容易进入膜层结构，并和金属元素结合，填补因氧元素流失造成的空位。由于相比直接充气，充入气体分子离子化后的能量更高，因此使用离子源充气，气体活性更强，可以做到更好的控制蒸发过程的气氛，对于一些和氧气结合力不够强的材料来说，可以保证在相对较高的真空度下（更少的反应气体）实现低缺陷的薄膜。高真空对提高薄膜密度也有很大好处，因为较低的真空度通常意味着更高密度的气体分子和更多碰撞，碰撞会降低分子能量，导致膜层致密度下降。因此使用高能量的离子源充氧是目前蒸发Ta2O5，Nb2O5类过渡金属氧化物必须采用的工艺。
[0007]但是使用离子源充氧也存在如下局限性：1、离子源结构复杂，体积较大，一台RF离子源占用多个气体，冷却水，电源的接口，在一些小型设备上无法安装。
[0008]2、高能离子源价格昂贵，最少5万元，甚至达到70万元，基本上相当于一台低配置的镀膜机价格，而能量较低的离子源作用有限。
[0009]3、离子源必须使用氩气等气体作为工作气体，可以混入少量氧气等其他气体，不能使用浓度过高的氧气，含氟气体等气体，否则腐蚀严重且会造成污染。
[0010]4、离子源使用电场离子化工作气体，离子化的气体会轰击电极表面，造成电极腐蚀和材料污染，这在制备红外光学薄膜和深紫外波段光学薄膜时经常造成严重影响。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于提供一种尺寸小，易安装，价格低，能够只使用氧气、含氟气体等气体作为工作气体，保证薄膜质量的用于电子束蒸发源的气氛控制装置。
[0012]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于电子束蒸发源的气氛控制装置，设置在镀膜设备的真空室内，包括：金属壳，围设形成容纳腔，且具有与所述容纳腔连通的进气口和喷口；高导热绝缘层，贴设在所述金属壳一端的内壁；电极，设置在所述高导热绝缘层内，所述电极外接高频高压电源；第一耐热绝缘层，贴设在至少部分所述金属壳内壁，以使所述电极在靠近所述喷口的一端和所述金属壳之间形成高压电弧；环形磁铁，贴设在所述金属壳内壁，且位于所述第一耐热绝缘层靠近所述喷口的一端；其中，所述电极设置在进气口和所述喷口之间，从所述进气口进入所述容纳腔内的气体经过所述电极电离化后流向所述喷口；所述电极的材料为高纯度金属铪或高纯度金属锆。
[0013]进一步地，所述高纯度金属铪中锆含量低于1000ppm，其余杂质含量低于10ppm；所述高纯度金属锆中铪含量低于50ppm，其余杂质含量低于10ppm。
[0014]进一步地，所述气氛控制装置的直径为20mm
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40mm，长度为180mm
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220mm。
[0015]进一步地，所述电极材料为高纯度金属铪时，所述电极的尖端表面具有亚氧化铪薄膜；所述电极材料为高纯度金属锆时，所述电极的尖端表面具有亚氧化锆薄膜。
[0016]进一步地，至少部分所述金属壳套设有绝缘层，所述金属壳包括套设有绝缘层的遮挡部、及与所述遮挡部连接的延伸部，所述高导热绝缘层设置在所述延伸部和所述电极之间。
[0017]进一步地，所述遮挡部包括靠近所述喷口设置的第一分部、及远离所述喷口设置且与所述第一分部连接的第二分部，所述第一耐热绝缘层和所述环形磁铁贴设在所述第二分部内壁。
[0018]进一步地，所述气氛控制装置还包括耐热绝缘支架，所述耐热绝缘支架设置在所述第一耐热绝缘层和所述电极之间，所述耐热绝缘支架具有若干通道，从所述进气口进入所述容纳腔内的气体经过所述通道流向所述喷口。
[0019]进一步地，所述气氛控制装置还包括围设在至少部分电极外周的第二耐热绝缘层，所述第二耐热绝缘层设置在所述高导热绝缘层和所述耐热绝缘支架之间。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于电子束蒸发源的气氛控制装置，设置在镀膜设备的真空室内，其特征在于，包括：金属壳，围设形成容纳腔，且具有与所述容纳腔连通的进气口和喷口；高导热绝缘层，贴设在所述金属壳一端的内壁；电极，设置在所述高导热绝缘层内，所述电极外接高频高压电源；第一耐热绝缘层，贴设在至少部分所述金属壳内壁，以使所述电极在靠近所述喷口的一端和所述金属壳之间形成高压电弧；环形磁铁，贴设在所述金属壳内壁，且位于所述第一耐热绝缘层靠近所述喷口的一端；其中，所述电极设置在进气口和所述喷口之间，从所述进气口进入所述容纳腔内的气体经过所述电极电离化后流向所述喷口；所述电极的材料为高纯度金属铪或高纯度金属锆。2.如权利要求1所述的用于电子束蒸发源的气氛控制装置，其特征在于，所述高纯度金属铪中锆含量低于1000ppm，其余杂质含量低于10ppm；所述高纯度金属锆中铪含量低于50ppm，其余杂质含量低于10ppm。3.如权利要求1所述的用于电子束蒸发源的气氛控制装置，其特征在于，所述气氛控制装置的直径为20mm
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40mm，长度为180mm
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220mm。4.如权利要求1所述的用于电子束蒸发源的气氛控制装置，其特征在于，所述电极材料为高纯度金属铪时，所述电极的尖端表面具有亚氧化铪薄膜；所述电极材料为高纯度金属锆时，所述电极的尖端表面具有亚氧化锆薄膜。5.如权利要求1所述的用于电子束蒸发源的气氛控制装置，其特征在于，至少部分所述金属壳套设有绝缘层，所述金属壳包括套设有绝缘层的遮挡部、及与所述遮挡部连接的延伸部，所述高导热绝缘层设置在所述延伸部和所述电极之间。6.如权利要求5所述的用于电子束蒸发源的气氛控制装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐川，王乃成，王胜利，
申请(专利权)人：巨玻固能苏州薄膜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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