TiO2在e型電子槍蒸鍍時(shí)掃描模式的研究
本文主要是對TiO2在e 型電子槍蒸鍍時(shí)的掃描模式設定進(jìn)行了研究，以此來(lái)調整TIO2在真空鍍膜時(shí)的特性，保證TiO2在形膜過(guò)程中獲得相對穩定的良好狀態(tài)。
TiO2靶材作為一種重要的功能薄膜材料，由于其獨特的光催化性和超親水性，可用于光催化降解有機物、抗菌防污、除霧、自清潔等。又由于其獨特的光學(xué)、電導等性質(zhì)和優(yōu)良的化學(xué)穩定性，能夠抵抗一般介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕，已被廣泛應用于半導體、傳感器等領(lǐng)域。因此，TiO2 靶材的用于光學(xué)薄膜的制備一直深受科研人員的關(guān)注。本文主要對TiO2在e型電子槍蒸鍍時(shí)的掃描模式的設定進(jìn)行了研究。
1、設備簡(jiǎn)介
在實(shí)驗中采用的是韓國因泰克I350大型真空鍍膜機可以蒸鍍多種金屬靶材。其真空室左右兩端各配有兩個(gè)10kW e 型電子槍蒸發(fā)源，可蒸鍍各種金屬氧化物和非金屬氧化物。兩個(gè)e 型電子槍蒸發(fā)源分別配有兩個(gè)不用型號坩堝，其中一個(gè)為475cc 單穴帶有槽形坩堝，可自動(dòng)旋轉進(jìn)行連續運動(dòng)和倒轉，沒(méi)配有自封閉式蓋板；另一個(gè)為40cc 六穴坩堝，同樣可自動(dòng)旋轉進(jìn)行連續運動(dòng)和倒轉，配有自封閉式蓋板。
2、e型電子槍的工作原理
e型電子槍由直線(xiàn)狀螺旋鎢陰極，柵極和陽(yáng)極組成。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為可以利用利用磁場(chǎng)對電子的偏轉作用，使燈絲發(fā)射的電子束在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的雙重作用下，從電子束發(fā)生器偏轉后打到坩堝中，將坩堝中的靶材加熱，產(chǎn)生蒸汽流，鍍制到基片上。因為電子束發(fā)生器不處在蒸發(fā)空間，其電極，襯底和待蒸發(fā)靶材之間的相互污染大為減小，同時(shí)也可使氣體放電的可能性降低。
3、TiO2在e型電子槍掃描模式的設定
3.1、單點(diǎn)掃描模式
TiO2靶材在如圖1 所示單點(diǎn)掃描模式下1號位置，由于是單點(diǎn)掃描模式，在預熔的時(shí)候能量過(guò)于集中，會(huì )把坩堝的的靶材轟擊四濺，飛濺的靶材會(huì )掉落在坩堝的邊緣，當此號坩堝的蒸鍍完成，需要轉換坩堝時(shí)，掉落的靶材會(huì )卡住坩堝，使坩堝無(wú)法轉動(dòng)�；蛘邥�(huì )造成坩堝轉動(dòng)滯后，于設定的位置有錯位等現象出現。如果把e型電子槍的功率降低，自動(dòng)預熔時(shí)靶材四濺的現象有所緩解，但是在蒸鍍的過(guò)程中，整個(gè)小坩堝表面的靶材不能完全熔解，導致蒸鍍零件表面有黑色的斑點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗證明，由于TiO2 的靶材特性不適合這種掃描模式。
圖1 單點(diǎn)掃描模式 圖2 單列掃描模式
3.2、單列掃描模式
TiO2靶材在如圖2 所示單列掃描模式下，e型電子槍的光斑軌跡不在是單點(diǎn)掃描，而是進(jìn)行單列掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→1。此光斑軌跡非閉合循環(huán)曲線(xiàn)，所以可能會(huì )有少量飛濺的現象出現。單列掃描模式最上端和最下端都分別有一個(gè)掃描單元的預留量，防止靶材在蒸鍍過(guò)程中，靶材蒸鍍過(guò)多，使坩堝被e型電子槍光斑所掃描，引起坩堝邊緣被蒸鍍的錯誤出現通過(guò)實(shí)驗證明，此種掃描模式和單點(diǎn)掃描模式出現相同的現象，雖然靶材飛濺的現象有所緩解，但不能徹底的根除，不適合大規模的集約化的生產(chǎn)。所以單列掃描模式也不適用TiO2這種高熔點(diǎn)金屬靶材上。
3.3、方形掃描模式
TiO2靶材在如圖3 所示矩形掃描模式下，e型電子槍的光斑軌跡不再是單列掃描，而是進(jìn)行方形循環(huán)掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→8→1。此種掃描模式由于是閉合循環(huán)掃描，所以不會(huì )出現飛濺的現象。通過(guò)實(shí)驗證明，此種掃描模式和單點(diǎn)掃描模式、單列掃描模式比較，靶材飛濺的現象基本上消除，但光斑掃描路徑范圍過(guò)小，在自動(dòng)預熔的過(guò)程中，坩堝邊緣地方出現未溶解的現象，影響最后的成膜質(zhì)量。實(shí)驗人員曾經(jīng)做過(guò)實(shí)驗，在自動(dòng)預熔之前，更改工藝流程，加上一個(gè)手動(dòng)預熔的工序，但是效果并不明顯，在實(shí)際的光學(xué)鍍膜中，還會(huì )出現TiO2邊緣并未熔解，或者邊緣熔解滯后等現象的出現。所以方形掃描模式也不能使用在TiO2 這種高熔點(diǎn)金屬靶材上。
圖3 方形掃描模式 圖4 矩形掃描模式
3.4、矩形掃描模式
TiO2靶材在如圖4 所示矩形掃描模式下，e型電子槍的光斑軌跡不再是方形掃描，而是進(jìn)行矩形循環(huán)掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→15→16→1。此種掃描模式也屬于閉合循環(huán)掃描，同樣不會(huì )出現飛濺的現象。通過(guò)實(shí)驗證明，此種掃描模式和單點(diǎn)掃描模式、單列掃描模式比較，靶材飛濺的現象基本上消除，但光斑掃描路徑過(guò)窄，在自動(dòng)預熔的過(guò)程中，坩堝邊緣個(gè)別地方可能會(huì )出現未溶解的現象。最終可能會(huì )的成膜質(zhì)量，實(shí)驗人員在做此類(lèi)TiO2 的掃描模式編輯時(shí)一共進(jìn)行了20多次的實(shí)驗，其中出現過(guò)3 次坩堝邊緣未熔解的現象，經(jīng)檢驗發(fā)覺(jué)試玻片的光學(xué)薄膜上，有少量的黑斑出現。而TiO2邊緣熔解的光學(xué)薄膜上未出現此類(lèi)的黑斑。所以矩形掃描模式也不推薦使用在TiO2 這種高熔點(diǎn)金屬靶材上。
3.5、多邊形掃描模式
TiO2靶材在如圖5 所示多邊形掃描模式下，e 型電子槍的光斑軌跡不再是矩形掃描，而是進(jìn)行多邊形循環(huán)掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→15→16→1。此種掃描模式由于是閉合循環(huán)掃描，所以不會(huì )出現飛濺的現象。通過(guò)實(shí)驗證明，此種掃描模式和單點(diǎn)掃描模式、單列掃描模式比較，靶材飛濺的現象基本上消除，而且光斑掃描路徑范圍適中，在自動(dòng)預熔的過(guò)程中，坩堝邊緣沒(méi)有出現未溶解的現象，而且在遮擋板打開(kāi)前，靶材處于充分熔解的狀態(tài)。由于本實(shí)驗每次蒸鍍所加的TiO2為小顆粒狀靶材，所以為了更好的熔解靶材，應該在自動(dòng)預熔的前面加上手動(dòng)預熔的工序，這樣可以獲得更好的成膜質(zhì)量。所以多邊形掃描模式適用于TiO2這類(lèi)高熔點(diǎn)的金屬靶材上。
圖5 多邊形掃描模式
e型電子槍控制系統還可以控制單點(diǎn)的延遲時(shí)間來(lái)減少掃描的頻率，以便某一個(gè)點(diǎn)位置，獲得能量相對均勻的光斑。但是單點(diǎn)的延遲時(shí)間不能太長(cháng)，以防止預熔靶材能量過(guò)于集中，引起靶材四濺的現象。實(shí)驗人員根據圖5 多邊形掃描模式，對延遲時(shí)間和掃描頻率進(jìn)行了實(shí)驗，如表1所示。
表1 延遲時(shí)間設定
4、結論
通過(guò)多次對TiO2掃描模式的設定，最終找出多邊形掃描模式最適用于TiO2這種高熔點(diǎn)的金屬靶材。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為通過(guò)此種掃描模式，可以使e 型電子槍蒸鍍TiO2靶材時(shí)，得到理想的成膜曲線(xiàn)，從而解決蒸鍍TiO2時(shí)，靶材四濺卡死坩堝以及由于TiO2蒸鍍過(guò)快，而使形成膜層后TiO2的中心波長(cháng)偏移的情況。
