薄膜按键技术
机电系电气教研组谢子青
一、前言
八十年代中期以来，薄膜按键在电子领域得到了广泛的应用，由于它具有体积小、重量轻、功能全面、外观新颖等一系列特点，顺应了机电产品向多功能、小型化、密集化、智能化方向发展的要求，受到了电子工业、机械工业、航空航天工业等诸多领域的青睐。并且，在智能仪器、电子衡器、办公自动化、医疗设备、家用电器等众多民用电子产品中得到了广泛应用。
从技术角度来讲，薄膜按键属于丝网印刷产品的范畴，但由于薄膜按键是集开关功能、面版装饰、开关连线、引出线及常规面板的文字、图形符号为一体，所以不同于丝网印刷产品的单一功能，薄膜按键实际上参与了整机产品的功能性操作，是电子产品操纵系统的总成。
就薄膜按键制造技术而言，除了强调应具有丝网印刷产品的装饰作用外，它强调对于电子线路的监控功能。因而涉及到新型的特种印料，网版制作，印刷技术等技术的特殊处理。以下根据薄膜按键产品特点，对其网版制作等关键工艺予以阐述。
二、面板工艺及网版制作技术
常用的薄膜按键面版薄膜材料有聚碳酸酯（PC）薄膜、聚氯乙烯（PVC）薄膜、聚酯（PET）薄膜。其中PC薄膜由于其良好的机械性能、耐化学腐蚀、耐温性而被广泛采用。薄膜按键的面板层采用丝网漏印的方法，将图文、符号等印在PC薄膜或PVC薄膜上。
面板上的文字、符号、透明窗等分别起标称、装饰及提醒工作状态的功能，其网版的制作也应采取不同的工艺措施。
1．文字网版的制作
要使文字清晰、美观，文字网版的膜层要有一定的厚度，要根据文字的粗细加以区别，精细的文字宜采用稍薄的菲林膜，以提高文字的清晰度；粗大的文字符号宜采用稍厚的菲林膜，以保证文字的浑厚。
2．透明窗的网版制作
表面按键的面板层上常常设有透明窗，从应用角度来说，透明窗应能增进LED、LCD 的发光效果。制作其网版应采用重氮感光胶直接法，膜层厚度应尽量的薄，丝网应选用单丝薄型丝网，使透明窗口的墨层薄而均匀，以保证发光元件的显示效果。
三、电路网版制作与印刷技术
1．电路的网版制作
电路是评价薄膜按键内在质量最重要的因素，电路受电流、电压等参数影响制约，也是丝网印刷产品向多功能、高科技领域渗透的具体体现。要保证电路的功能，首先要保证印刷电路的网版。
（1）网版膜层的选择
众所周知，电阻的大小与导线的截面积成反比。其通过的电流与截面积成正比。所以电路图形的厚度是保证开关性能的基本条件，在网板的制作过程中必须选择合适的网版膜层厚度，从而保证导体电路图形的厚度。
（2）网布规格的选择
导体图形的厚度虽然是奠定开关性能参数的基础，但由于薄膜按键所印制的电路图形是导体金属（通常是银——导电银浆）的微粒聚集而成，银浆中树脂连接料对微粒之间的阻隔，杂质对导体微粒的阻隔，以及网印过程中丝网网络对金属微粒的阻隔等，都会影响导体图形的致密性，从而影响导电参数的性能。所以要选择密度稍低、丝径较细的丝网。
2．电路的印刷技术
在薄膜按键的功能性丝网印刷中，网印电路技术不仅要考虑图形的“再现性”，还要考虑承印物（PET）电路层薄膜对银浆电参数的一致性，在印刷过程中要掌握一些技巧，例如刮墨时施加压力要轻，而回墨时施加压力要重（轻压重回）；刮刀硬度要软一些；因PET（聚脂薄膜）表面极性差，对油墨（包括银浆）的亲和力低，为此，在印刷电路前对PET要进行活化处理，提高PET表面极性；对PET进行热稳定性处理并且对印刷环境空气中的尘埃、水汽亦有一定的要求等等。
四、“架桥”技术中的网版制作
对于立交电路中的“架桥”技术，我们不仅要求印刷的涂料有优良的绝缘性，更重要的是通过对网版制备工艺的选择，保证“桥”的绝缘性，柔韧性。要使绝缘层有适当厚度并完全固化，绝缘层薄“桥”上下两层相交导线因银离子随溶剂的滲透可产生短路，绝缘层厚，其柔韧性低，造成绝缘层龟裂甚至脱落，也可产生短路。
采用镂空版的制作技术也可以解决“桥”的厚度缺陷，镂空版可以选择耐化学性能好的PET作为基材，具体工艺是在架桥的部位蒙上PET，按照所需的部位把“桥”镂空，再将其边缘磨薄，构成坡度，这种制版技术尽管十分古老，但制作方法简便而效果很好。
五、隔离层工艺
1．隔离层的厚度
隔离层的厚度在薄膜按键中起着很关键的作用，它直接影响着薄膜按键的操作力、开关的灵敏度以及可靠性。隔离层厚度取决于键位和隔离层窗口的大小形。
2．导气槽
加工了导气槽的隔离层，一方面可以克服薄膜在冲孔过程中因应力处释放而产生的形变，另一方面还具有空气导向的作用。当薄膜按键装备完成后，隔离层被密封在薄膜按键的整体内，若没有空气导向槽，当外力作用于键体时，被密封在按键内的空气无法排除，操作力增大。
六、薄膜按键新技术发展规律动态
1．网印隔离层
薄膜按键的结构要求两片电路必须有一层隔离层，起着分离电路、控制开关行程、导通气流的作用。传统的隔离层采用绝缘薄膜，目前多采用网印点状胶粒替代隔离层的新工艺，即在上下电路之间，网印一层具有高张力、高弹力的粘性乳胶，使上下电路得到隔离。该工艺不仅简化了工艺，在透明电路中的应用更有其独到长处。
2．引进柔性线路板的技术
随着高性能柔性阻焊油墨的应用，以聚酰亚胺覆铜箔、聚脂覆铜箔为基材的柔性印刷线路板技术的日趋成熟，使薄膜按键技术的性能得以本质上的飞跃。传统的薄膜按键中，薄膜电路金属材料以银浆为主，采用网印技术使其聚合在薄膜上，其电路的接触电阻较大，一般在0.5毫鸥/方（每单位平方的电阻），引出线与接插件的连接采用铆接或插接方式。采用薄膜面板与柔性线路板结合，以单面、双面柔性线路板为薄膜按键的电路取代传统的薄膜电路，可以大大降低接触电阻，于后置电路的连接可采用铆接、接插、焊接等，极大的提高了薄膜按键的可靠性。
3．静电屏蔽技术
传统的薄膜按键已经替代了机械键盘，广泛用于机电仪器、仪表，在此基础上，在薄膜按键的面板上网印一层导电金属材料（通常采用银浆——碳浆的混合物）网络，与机壳相连。可以有效的将塑料薄膜表面的静电荷通过机壳接地，起到静电屏蔽性能，应用到煤矿井下等易燃易爆环境中的仪器、仪表上。
4．多功能一体化
传统的薄膜按键只起到通、断的开关功能，功能单一。根据仪器、仪表需求，现已将贴
装电子元件（包括贴装阻容元件、电感元件、发光器件、发声器件等）设备到薄膜按键中，并应用新型的儲光、荧光油墨。使薄膜按键汇集开关、装饰、常规面板表注、发光显示、发声提示等多功能于一身，实现了部分线路板功能。
七、可靠性分析
影响薄膜按键可靠性的因素较多，本文列以下主要的因素加以分析：
1．寿命
薄膜按键技术条件中寿命应大于100万次，在实际应用操作时，电路层薄膜在操作压力下发生变，0。1——0。3mm的开关行程决定了它形变的幅度很小，远远达不到薄膜的疲劳极限。但如果不严格遵守薄膜按键的设计、工艺规范，造成隔离层厚度的不合理，导气槽内空气流动不合理，都会导致电路层薄膜形变加剧，引起薄膜按键寿命降低。另外，薄膜按键的寿命还取决于电路触点的磨损。可在银浆触点上再印一层碳浆，提高耐磨性，延长开关的寿命。
2．接触电阻
接触电阻是指薄膜按键开关回路给后置电路的电阻值。技术条件中规定接触电阻应小于100Ω。随着技术的发展，将柔性线路取代传统的银浆作为电路，即保持了薄膜按键的薄、柔软、防护性能好的优点，而且大大提高了薄膜按键的可靠性。
八、结束语
总上所述，薄膜按键制造技术比常规的丝网印刷技术更复杂、更特殊，不仅仅是涉及到新型的特殊印料，还涉及到对承印物的处理、网版的制造、印刷的技巧等等。随着电子工业的飞速发展规律，采用新型材料，新技术，特殊的网印工艺，某些电子元件与薄膜按键组成一体使薄膜按键朝着功能多样化、操作简单化的方向发展规律。
第三章薄膜制造技术 光学薄膜可以采用物理汽相沉积（PVD)和化学液相沉积（CLD)两种工艺来获得。CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染，已很少使用。 PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。 PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。 制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识 用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几 个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。 在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ②空气分子进入薄膜而形成杂质； ③空气中的活性分子与薄膜形成化合物； ④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成 化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。 因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个 过程称为抽气。空气压力低于一个大气压的状态称为真空， 而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空 室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。制作 薄膜最重要的装备是真空设备． 真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。二 者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同 的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气 系统的材料也不同，下图是典型的高真空设备的原理图，制 作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。 下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备 没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性， 超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直 接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵） 来辅助超高真空泵。 3.1 高真空镀膜机 1.真空系统 现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。普通所说的 真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。 先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作， 而且在高真空泵（如油扩散泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程 度。 小型镀膜机的真空系统 低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱
1．简述薄膜的形成过程。 薄膜：在被称为衬底或基片的固体支持物表面上，通过物理过程、化学过程或电化学过程使单个原子、分子或离子逐个凝聚而成的固体物质。主要包括三个过程：（1）产生适当的原子、分子或离子的粒子；（2）通过煤质输运到衬底上；（3）粒子直接或通过化学或电化学反应而凝聚在衬底上面形成固体沉淀物，此过程又可以分为四个阶段：（1）核化和小岛阶段；（2）合并阶段；（3）沟道阶段；（4）连续薄膜 2．图2为溅射镀膜的原理示意图，试结合图叙述溅射镀膜的基本过程，并介绍常用的溅射镀膜的方法和特点。 图 2 溅射镀膜的原理示意图 过程：该装置是由一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电结构。被溅射靶（阴极）和成膜的基片及其固定架（阳极）构成溅射装置的两个极，阳极上接上1-3KV的直流负高压，阳极通常接地。工作时通常用机械泵和扩散泵组将真空室抽到*10-3Pa，通入氩气，使真空室压力维持在（）*10-1Pa,而后逐渐关闭主阀，使真空室内达到溅射电压，即10-1-10Pa，接通电源，阳极耙上的负高压在两极间产生辉光放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子在阴极附近的阳极电位降的作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质由表面被溅射出，并以分子或原子状态沉积在基体表面，形成靶材料的薄膜。 将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入 10～1帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜 直流阴极溅射镀膜法：特点是设备简单，在大面积的基片或材料上可以制取均匀的薄膜，放电电流随气压和电压的变化而变化，可溅射高熔点金属。但是，它的溅射电压高、沉积速率低、基片温升较高，加之真空度不良，致使膜中混入的杂质气体也多，从而影响膜的质量。 高频溅射镀膜法：利用高频电磁辐射来维持低气压的辉光放电。阴极安置在紧贴介质靶材的后面，把高频电压加在靶子上，这样，在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶子，从而实现溅射介质材料的目的。这种方法可以采用任何材料的靶，在任何基板上沉积任何薄膜。若采用磁控源，还可以实现高速溅射沉积。 磁控溅射镀膜法：磁控溅射的特点是电场和磁场的方向互相垂直，它有效的克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的致命弱点，具有高速、低温、低损伤等优点，易于连续制作大面积膜层，便于实现自动化和大批量生产，高速指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低，对膜层的损伤小。此外还具有一般溅射的优点，如沉积的膜层均匀致密，针孔少，纯度高，附着力强，应用的靶材广，可进行反应溅射，可制取成分稳定的合金膜等。工作压力范围广，操作电压低也是其显著
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1 一、名词解释 1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到达金属板，这样金属板带上负电，板附近有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层结构，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。 5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。 7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8. 离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。 9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。 11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。 12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形成溅射。 3、溅射仅是离子轰击物体表面时发生的物理过程之一，不同能量的离子与固体表面相互作用的过程不同，不仅可以实现对物质原子的溅射，还可以在固体表面形成沉积现象和离子注入现象。 4、溅射法所采有的放电气体多为Ar气，主要原因是惰性气体做为入射离子时，物质溅射产额高，从经济方面考虑，多使用Ar做为溅射气体。 5、直流溅射要求靶材具有良好的导电性，否则靶电流过小，靶电压过高，而射频溅射方法以交流电源提供高频电场，高频电场可经由其它阻抗形式进入沉积室，不再要求电极一定是导电体，使溅射过程摆脱对靶材导电性的要求。 6、磁控溅射存在的缺点。 1 微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
1．图1为常用机械泵的结构图，试指出图中各部分的作用和功能。 图1 机械泵的结构图 1、进气口：进气 2、过滤器：分离悬浮在气体中固体颗粒，有害物质 3、大转轮：提供抽取和压缩空气的动力 4、弹簧：伸缩叶片 5、风机叶片：分割气体 6、气镇阀（排除凝结物，加速抽出蒸汽而不至于污染油质） 7、过滤器8、排气阀：在B处得空气压缩到一定程度后排出压缩空气，在此之前密封压缩室 9、排气管：排气10、密封面：分割A处和C处，保持密封性 2．试画出由机械泵、涡轮分子泵、离子泵和真空阀等部件组成的超高真空系统的原理结构图，并简述其工作原理。 光电阴极超高真空激活系统抽气系统由机械泵、涡轮分子泵、溅射离子泵和钛升华泵组成，其中主泵是溅射离子泵和钛升华泵，预抽泵是机械泵和涡轮分子泵。预抽泵的作用是将被抽容器的真空度从大气压降到主泵工作所需的启动压强，当主泵开始工作时，预抽泵可以关闭。根据抽气系统的结构和抽气速率，采用了激活室和XPS主真空室共用前级泵的方案。在分子泵的抽气管道上设置三通阀，一边连接表面分析室，另一边与激活系统相连。这样就减少了预抽所用的机械泵和涡轮分子泵。
3．简述薄膜的形成过程。 薄膜：在被称为衬底或基片的固体支持物表面上，通过物理过程、化学过程或电化学过程使单个原子、分子或离子逐个凝聚而成的固体物质。主要包括三个过程：（1）产生适当的原子、分子或离子的粒子；（2）通过煤质输运到衬底上；（3）粒子直接或通过化学或电化学反应而凝聚在衬底上面形成固体沉淀物，此过程又可以分为四个阶段：（1）核化和小岛阶段；（2）合并阶段；（3）沟道阶段；（4）连续薄膜 4．图2为溅射镀膜的原理示意图，试结合图叙述溅射镀膜的基本过程，并介绍常用的溅射镀膜的方法和特点。 图 2 溅射镀膜的原理示意图 过程：该装置是由一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电结构。被溅射靶（阴极）和成膜的基片及其固定架（阳极）构成溅射装置的两个极，阳极上接上1-3KV的直流负高压，阳极通常接地。工作时通常用机械泵和扩散泵组将真空室抽到6.65*10-3Pa，通入氩气，使真空室压力维持在（1.33-4）*10-1Pa,而后逐渐关闭主阀，使真空室内达到溅射电压，即10-1-10Pa，接通电源，阳极耙上的负高压在两极间产生辉光放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子在阴极附近的阳极电位降的作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质由表面被溅射出，并以分子或原子状态沉积在基体表面，形成靶材料的薄膜。 将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入10～1帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜 直流阴极溅射镀膜法：特点是设备简单，在大面积的基片或材料上可以制取均匀的薄膜，放电电流随气压和电压的变化而变化，可溅射高熔点金属。但是，它的溅射电压高、沉积速率低、基片温升较高，加之真空度不良，致使膜中混入的杂质气体也多，从而影响膜的质量。 高频溅射镀膜法：利用高频电磁辐射来维持低气压的辉光放电。阴极安置在紧贴介质靶材的后面，把高频电压加在靶子上，这样，在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶子，从而实现溅射介质材料的目的。这种方法可以采用任何材料的靶，在任何基板上沉积任何薄膜。若采用磁控源，还可以实现高速溅射沉积。 磁控溅射镀膜法：磁控溅射的特点是电场和磁场的方向互相垂直，它有效的克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的致命弱点，具有高速、低温、低损伤等优点，易于连续制作大面积膜层，便于实现自动化和大批量生产，高速指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低，对膜层的损伤小。此外还具有一般溅射的优点，如沉积的膜层均匀致密，针孔少，纯度高，附着力强，应用的靶材广，可进行反应溅射，可制取成分稳定的合金膜等。工作压力范围广，操作电压低也是其显著
薄膜原理与技术大作业 班级：XXX 学号：XXX 姓名：XXX
一、简述宽带减反射膜在光学仪器中的作用，并设计如下膜系： 入射介质0n ＝1；出射介质g n ＝1.52；入射角0θ＝?0；参考波长0λ＝580nm ；设计要求：400～440nm 光谱段反射率小于2%；440～640nm 光谱段反射率小于0.5％；640～700nm 光谱段反射率小于2%。 减反射膜主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。宽带减反射膜提高了像质量、象平衡和作用距离，从而使系统的全部性能增强。 膜系设计：
二、设计带通滤光片： 入射介质0n ＝1.52；出射介质g n ＝1.52；入射角0θ＝?0；中心波长0λ＝550nm ；；中心波长透过率%98550>nm T ，通带半宽度小于5nm 。
三、设计一个中性分光膜： 入射介质0n ＝1.0；出射介质g n ＝1.52；入射角0θ＝?45；440～640nm 光谱段%3%50±=R 。
四、简述干涉截止滤光片通带波纹产生的原因及消除方法并设计如下要求分色镜： 入射介质0n ＝1，出射介质g n ＝1.52，入射角0θ＝?0，截至波长nm nm e 5580±=λ，在%,85%,90, 550~420min >>T T nm 在 %90,700~600>R nm 。 产生波纹的原因： 1）等效光学导纳失配（波纹的幅度）（）； 2）等效位相厚度随波长变化。 压缩波纹的方法： 1) 改变基本周期的膜层厚度，使等效折射率更接近于预期值。同样要求基片折射率要低，反射损耗小。这种方法在可见光可以，红外区损耗大。
薄膜蒸发器原理和应用公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
蒸馏是最重要的一种用加热对不同物质进行分离的方式之一。常规的蒸馏方式：原料在蒸发器内被加热至蒸发温度, 低沸点组分蒸发后进入冷凝器冷却, 得到所需的产品。 但是，常规的蒸馏方式- 需要较高的蒸馏温 度 - 物料加热时间较长局限性- 无法对热 敏物质进行分离真空蒸馏通过将系统抽真 空可降低蒸发温度 压力与沸点的关系压力每降低一个数 量级，沸点降低约20－30度 但对于热敏物质来说, 在蒸馏釡内进行的真空蒸馏有很多缺陷 - 很长的蒸馏时间 - 由于压力降的缘故，以及真空泵很难克服蒸馏釜内液面的静压高度，所以在蒸发处的真空是非常有限的。最终的真空度并不由真空泵的大小而决定, 而是受管路的传导性和蒸发器内静液面高度的限制. 薄膜蒸发器中的真空蒸馏从一个薄膜 上蒸发能消除静液面高的影响, 在刮 膜蒸发器中,物料沿着加热的圆柱筒体 表面向下流动, 形成薄膜, 在流动过 程中成薄膜状的物料被蒸发. 带外冷凝器的薄膜蒸发器 液膜被一个刮膜系统不断地进行混合, 冷凝在一个外置的冷凝器中进行, 冷 凝器连接有真空系统.
刮环靠自身的离心力在蒸发器内壁上刮出约 1mm厚薄膜 薄膜的优点： - 传热效率高- 质量交 换快- 物料受热时间短,只有15秒到 30秒- 物料以膜的形式出现，几乎没 有液面压差,减少了真空度的损失但是 带外冷凝器的薄膜蒸发器也有局限性: 由于蒸发器与冷凝器之间的管路连接 导致的压力降, 蒸发器内获得的真空 度仅局限于毫巴级,最低大约可降至1 毫巴(100Pa) 带有内置冷凝器的短程蒸发器使用短 程蒸馏/分子蒸馏能够消除真空度不足 的不利因素. 冷凝器置于圆筒型蒸发 器的内部, 蒸发器与冷凝器之间的距 离非常地短. 事实上, 不存在压力降 的问题. 如果内置冷凝器与蒸发器表面之间的距离正好为轻分子自由程的平均距离, 则轻分子达到冷凝器被冷凝排出，这种工艺又称为”分子蒸馏”。短程蒸馏/分子蒸馏特别适于热敏性物质的分离, 很短的加热时间和很低的蒸发温度对被蒸馏物质的热应力影响降到最低. 短程蒸馏/分子蒸馏的真空度可降到0.001毫巴(0.1Pa). 薄膜蒸发器和短程蒸馏、分子蒸馏设备专门用于热敏物质和高沸点物质的蒸馏分离和提纯，广泛应用于：- 精细化工产品- 制药产品- 高分子聚合物- 食品- 化工
薄膜技术与薄膜材料 一.考试题型 名词解释（10*2=20）判断题（10*1=10）多项选择题（8*2=16）简答题( 5*8=40) 论述题（1*14=14） 二.重点 1.薄膜的定义 2.气体平均自由程 3.真空泵的种类 4.真空的测量、真空度有哪些 5.检漏技术有哪些 6.CVD----定义、制备过程、条件、输入现象 7.CVD反应动力学、热力学 8.溶胶凝胶的基本概念、原理、水解与缩聚反应 9.CVD的种类 10.PVD---定义、原理 11.真空蒸发的原理，镀膜过程 12.热蒸发、饱和蒸汽压的定义 13.阴影效应 14.影响薄膜厚度均匀性的因素 15.什么叫外延 16.溅射法、能量传递过程、气体放电现象、辉光效应17.等离子体的定义 18.影响产额（溅射）的因素 19.磁控溅射的原理、过程、优缺点 20.各类溅射法适用于制备何种材料 21.什么叫靶材中毒 22.薄膜的生长过程 23.薄膜的生长过程的影响因素 24.薄膜生长的三种形式 25.薄膜中的热应力、生长应力分别是什么 26.薄膜厚度的测量 27.薄膜结构的表征方法，各类仪器的用途 28.改善附着力的途径
简答题（作业） 1.请简述化学气相沉积的原理和主要过程。 化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。 原理：在反应过程中，以气体形式提供构成薄膜的原料，反应尾气由抽气系统排出。通过热能（辐射、传导、感应加热等）除加热基板到适当温度之外，还对气体分子进行激发、分解，促进其反应。分解生成物或反应产物沉积在基板表面形成薄膜。 CVD法制备薄膜的过程——简化的四大过程 ①反应气体被基体表面吸附； ②反应气体向基体表面扩散； ③在基体表面发生反应； ④气体副产品通过基体表面由内向外扩散而脱离表面。 2.在利用蒸发法制备薄膜时，影响薄膜厚度均匀性的因素有哪些，如何改善薄膜厚度均匀性？ 影响薄膜厚度均匀性的因素：薄膜沉积的方向性和阴影效应 改善薄膜厚度均匀性的方法： 1）加大蒸发源到衬底表面的距离，但此法会降低沉积速率及增加蒸发材料损耗； 2）转动衬底； 3）如果同时需要沉积多个样品、且每个样品的尺寸相对较
薄膜厚度检测原理及系统 摘要：本文对目前常用的薄膜厚度光学测量方法进行了深入的研究和讨论，总结并归纳了每一种测量方法的优缺点、以及使用条件。基于原子力显微镜的薄膜厚度检测系统，该系统得到薄膜厚度，能够精确测量各种不同性质的薄膜的厚度。关键词：薄膜厚度；测量；原子力显微镜 Abstract: In this paper, the advantage and disadvantage, usable condition of many usually used optical measurement methods of thin film thickness which are analyzed and discussed in detail ,are been summarized. A measuring system of film thickness based on atomic force microscope has been developed, based on this system could measure the thickness of various films. Key words：film thickness ; measurement; AFM 1引言 随着科技的发展以及精密仪器等技术的迅速发展，薄膜技术的应用变得更为广泛，不仅在光学领域，也被广泛地应用于微电子技术、通讯、宇航工程等各种不同的领域。薄膜的厚度很大程度上决定了薄膜的力学性能，电磁性能，光电性能和光学性能，薄膜厚度又是薄膜设计和工艺制造的关键参数之一，为了制备出合乎要求的薄膜也离不开高精度的薄膜厚度检测，因此薄膜厚度的测量一直是人们密切关注和不断研究改进的课题。 在众多类检测方法当中，由于光学检测方法具有非接触性、高灵敏度性、高精度性、快速、准确、不损伤薄膜等优点，成为目前被应用最广泛的方法。在对薄膜厚度检测的理论中，按照测量方法所依据的光学原理进行分类，可分为干涉、衍射、透射、反射、偏振等方法，也可根据光源分为激光测量和白光测量[1]。目前，光谱法、椭圆偏振法和干涉法是人们讨论最多和应用最广泛的测量方法。随着光学薄膜的材料和制备技术的不断提高，传统的薄膜厚度的测量方法己经不能
薄膜原理与技术课程大作业 一、1、简述宽带减反射膜在光学仪器中的作用 减反射膜的作用是减少介质间的界面反射。界面反射的危害有：引起光学系统的光能量损失；家居光学系统的杂散光干扰，加大系统噪声；在高功率激光系统中，界面反射可能引起反激光，损伤光学元件，所以为减少光能损耗，提高成像质量，照相机、电视机、显微镜等等中的光学镜头都镀减反膜。为尽量减弱反激光，高功率激光系统中的透射光学元件表面也镀减反膜。宽带减反射膜的减反射光谱带宽可达到整个可见光谱区或从近紫外到近红外光谱区，因此这种膜系不仅对可见光谱区具有很好的使用价值，而且对各种倍频激光中消除杂光的干扰效果也非常显著。 2、设计膜系 ①设计目标 入射介质n0=1，出射介质n g=1.52，入射角θ0=0°，参考波长λ0=580nm。 400～440nm光谱段反射率小于2%；440～640nm光谱段反射率小于0.5％；640～700nm光谱段反射率小于2%。 ②膜系设计 对于宽带减反射膜，以G|M2HL|A膜系为初始膜系，其中M为由LHL形式的对称膜系构成的等效层，其等效折射率介于H与L之间。选取H为折射率为2.37的TiO2，L为折射率为1.38的MgF2。
将目标设计指标输入Filmaster设计软件，将膜层折射率作为固定值而膜层厚度作为可调整变量进行优化，得到满足要求的宽带减反射膜系G|0.52L0.24H0.36L1.82H0.87L|A，其反射率曲线如下图所示： 参数分析： 400~440nm：
440~640nm： 640~700nm 由上述结果可知，此膜系满足设计目标，达到要求。 二、设计带通滤光片 ①设计目标 入射介质n0=1.52，出射介质n g=1.52，入射角θ0=0°，中心波长λ0=777nm，中心波长透过率T777nm>75%，400—900nm截止深度OD2
《薄膜原理与技术》 一、目的与任务 本课程是一门专业技术基础课，适合于光学各专业。本课程的目的是通过光学薄膜原理与技术的学习，培养学生薄膜系统的计算、设计能力，了解薄膜系统的制备技术。 本课程的任务是（1）光学薄膜特性计算，包括光学薄膜的设计理论以及膜系的普遍定理；（2）常用光学薄膜器件，如反射镜、分光镜、截止滤光片和带通滤光片；（3）薄膜制备技术，包括制备薄膜设备、材料、方法与监控；（4）薄膜材料及性质，包括薄膜的光学性质测量、力学性质检测等。（5）介绍薄膜技术领域中的一些前沿研究课题。学生通过这门课的学习应该熟悉薄膜原理、特性、制备与检测以及薄膜领域的最新进展。 二、教学内容及学时分配（24学时） 第一章光学薄膜特性的理论计算（6学时） 1. 单色平面电磁波 2. 平面电磁波在单一界面的反射和折射 3. 光学薄膜特性的理论计算 第二章光学薄膜的设计理论（2学时） 1.矢量作图法 2.有效界面法 3.对称膜系的等效层 第三章光学薄膜系统的设计（8学时） 1.减反射膜 2.高反射膜性 3.分束镜 4.干涉截止滤光片 5.带通滤光片 6．薄膜设计软件使用（Filmaster） 第四章薄膜制备技术（4学时） 1.真空淀积工艺 2.光学薄膜材料 3.薄膜厚度监控技术
4.膜层厚度的均匀性 第五章制备条件对薄膜微观结构和成分的影响（4学时） 1.薄膜的形成过程 2.薄膜的微观结构 3.薄膜成分 4.微观结构和成分对薄膜特性的影响 三、考核与成绩评定 考核：大作业。 成绩评定：大作业占70%，平时作业及日常考核质疑等占30%，按百分制给出最终成绩。 四、大纲说明 1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3. 本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书 选用教材：唐晋发顾培夫刘旭.现代光学薄膜技术［M］.浙江大学出版社,2006. 参考书： ［1］卢进军刘卫国.光学薄膜技术［M］.西安工大学出版社，2005. ［2］唐晋发顾培夫刘旭.现代光学薄膜技术［M］.浙江大学出版社,2006. ［3］林永昌卢维强. 光学薄膜原理［M］.国防工业出版社,1990. 编写教师：蒋玉蓉 责任教授签字： 教学院长签字： 英文课程介绍 《Modern Optical Thin Film Technology》
《薄膜材料与薄膜技术》复习题 1.薄膜材料与体材料的联系与区别。 1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond 2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。如：极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。 3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量比结构。如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1. 4. 容易实现多层膜，多功能薄膜。如：太阳能电池、超晶格：GaAlAs/GaAs 5. 薄膜和基片的粘附性，一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。范德瓦耳2. 真空度的各种单位及换算关系如何？ ●1pa=1N/m2(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ●1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg ●1Torr≈133Pa≈102 Pa ●1bar = 0.1MPa 3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？ 旋片式机械泵 工作过程： 1.气体从入口进入转子和定子之间 2.偏轴转子压缩空气并输送到出口 3.气体在出口累积到一定压强，喷出到大气 工作范围及特点： Atmosphere to 10-3 torr 耐用，便宜 由于泵的定子、转子都浸入油中，每周期都有油进入容器，有污染。 要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。 油扩散泵 1. 加热油从喷嘴高速喷出，气体分子与油分子碰撞实现动量转移，向出气口运动，或溶入油中， 油冷凝后，重新加热时，排出溶入的气体，并由出气口抽出； 2. 需要水冷，前级泵 3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱) 优点：耐用、成本低，抽速快无震动和声音 缺点：油污染 涡轮分子泵特点： 1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动 2.多级速度：30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当 3. Atmosphere to 10-10 Torr 4. 启动和关闭很快 5. 无油，有电磁污染 6. 噪声大、有振动、比较昂贵. 低温泵（Cryopump）特点： 1.利用20K以下的低温表面来凝聚气体分子实现抽气，是目前最高极限真空的抽气泵； 2.可对各种气体捕集，凝结在冷凝板上，所以工作一段时间后必须对冷凝板加热“再生”；
薄膜物理与技术》课程教学大纲 发布时间：2010-4-28 点击率：191 一、课程总述 本课程大纲是以2006年电子科学与技术专业人才培养方案为依据编制的。
二、教学时数分配 三、单元教学目的、教学重难点和内容设置 第一章真空技术基础 【教学目的】真空技术是薄膜制作的基础， 【重点难点】真空获得的一些手段及常用的测量方法。 【教学内容】真空的基础知识及真空的获得和测量。 第二章真空蒸发镀膜法 【教学目的】蒸发镀膜是最常用的镀膜技术，设备简单，成膜质量高，成膜速率快，是真空镀膜的基础。 【重点难点】蒸发源与基片的配置。掌握根据不同材质镀膜的需求，选择蒸发源的类别及配置。理解金属、合金及化合物蒸发过程中的特点。 【教学内容】真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。 第三章溅射镀膜 【教学目的】基于高荷能离子轰击靶材时的溅射效应，可适用于任何物质的溅射镀膜技术，由于成膜粒子能量高，是一种制取高质量膜的技术。
【重点难点】理解溅射镀膜的机理，气氛和高压是各种溅射的基础条件，磁控溅射是提高成膜效率和质量的关键。掌握一些基本溅射方法。 【教学内容】介绍溅射镀膜的特点，溅射的基本原理，及各种溅射镀膜类型。 第四章离子镀膜 【教学目的】集真空蒸发和真空溅射技术而发展起来的一种新的镀膜技术，离子镀膜具有独特的优点，近年来在国内得到迅速发展。 【重点难点】理解离子镀的特点和原理、和蒸发及溅射的区别。 【教学内容】介绍离子镀原理，离子镀的特点，及各种离子镀的类型。 第五章化学气相沉积 【教学目的】区别于物理气相沉积法的一种化学相沉积法，可以不在真空条件，利用各种气体反应制成各种成分的薄膜，显示出独特的优点。 【重点难点】理解化学气相沉积的特点并掌握制膜的几个主要阶段。 【教学内容】介绍化学气相沉积的基本原理，化学气相沉积的特点，几种主要的CVD 技术。 第六章溶液镀膜法 【教学目的】了解几种主要的湿法制膜技术。 【重点难点】化学镀，阳极氧化法，LB制膜法。 【教学内容】介绍几种主要的不需要真空环境的湿法制膜技术，如化学镀、电镀、溶胶凝结法，LB膜法。 第七章薄膜的形成 【教学目的】从物理的角度，介绍薄膜形成过程的机理，及与其相关的许多因素的影响。 【重点难点】理解用热力学界面能及原子聚集理论解释成核过程，并掌握其数学的表达式。
《薄膜原理与技术》 课程编号：OPT04038 课程名称：薄膜原理与技术 学分：1.5 学时:24 先修课程：物理光学、应用光学 一、目的与任务 本课程是一门专业技术基础课，适合于光学各专业。本课程的目的是通过光学薄膜原理与技术的学习，培养学生薄膜系统的计算、设计能力，了解薄膜系统的制备技术。 本课程的任务是（1）光学薄膜特性计算，包括光学薄膜的设计理论以及膜系的普遍定理；（2）常用光学薄膜器件，如反射镜、分光镜、截止滤光片和带通滤光片；（3）薄膜制备技术，包括制备薄膜设备、材料、方法与监控；（4）薄膜材料及性质，包括薄膜的光学性质测量、力学性质检测等。（5）介绍薄膜技术领域中的一些前沿研究课题。学生通过这门课的学习应该熟悉薄膜原理、特性、制备与检测以及薄膜领域的最新进展。 二、教学内容及学时分配（24学时） 第一章光学薄膜特性的理论计算（6学时） 1. 单色平面电磁波 2. 平面电磁波在单一界面的反射和折射 3. 光学薄膜特性的理论计算 第二章光学薄膜的设计理论（2学时） 1.矢量作图法 2.有效界面法 3.对称膜系的等效层 第三章光学薄膜系统的设计（8学时） 1.减反射膜 2.高反射膜性 3.分束镜 4.干涉截止滤光片 5.带通滤光片 6．薄膜设计软件使用（Filmaster）
第四章薄膜制备技术（4学时） 1.真空淀积工艺 2.光学薄膜材料 3.薄膜厚度监控技术 4.膜层厚度的均匀性 第五章制备条件对薄膜微观结构和成分的影响（4学时） 1.薄膜的形成过程 2.薄膜的微观结构 3.薄膜成分 4.微观结构和成分对薄膜特性的影响 三、考核与成绩评定 考核：大作业。 成绩评定：大作业占70%，平时作业及日常考核质疑等占30%，按百分制给出最终成绩。 四、大纲说明 1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3. 本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书 选用教材：唐晋发顾培夫刘旭.现代光学薄膜技术［M］.浙江大学出版社,2006. 参考书： ［1］卢进军刘卫国.光学薄膜技术［M］.西安工大学出版社，2005. ［2］唐晋发顾培夫刘旭.现代光学薄膜技术［M］.浙江大学出版社,2006. ［3］林永昌卢维强. 光学薄膜原理［M］.国防工业出版社,1990. 编写教师：蒋玉蓉 责任教授签字： 教学院长签字：