Tác động của tốc độ bốc bay màng tới chất lượng màng khử phản xạ đa lớp sử dụng cặp vật liệu SiO2/SiO

Trong bài báo này tác giả trình bày về kết quả nghiên cứu về những tác động của tốc độ bốc bay màng tới chất lượng màng khử phản xạ đa lớp sử dụng cặp vật liệu SiO2/SiO, trong vùng cận hồng ngoại, vùng hồng ngoại bước sóng ngắn.

Tác đ ng c a t c đ  b c bay màng t i ch t lộ ủ ố ộ ố ớ ấ ượng màng kh  ph n x  đa l p s  d ngử ả ạ ớ ử ụ  

c p v t li u SiOặ ậ ệ 2/SiO ThS, Tr n Anh Tu nầ ấ

Vi n Khoa h c và Công ngh , B  Công an.ệ ọ ệ ộ

anhtuanh56@gmail.com Tóm t tắ

T c đ  b c bay (v n t c l ng đ ng) c a các phân t  trên b  m t đ  có  nh hố ộ ố ậ ố ắ ọ ủ ử ề ặ ế ả ưở  ng

tr c ti p t i ch t lự ế ớ ấ ượng c a màng m ng. Nguyên lý t o màng m ng là quá trình đ t nóng (giaủ ỏ ạ ỏ ố   nhi t) cho v t li u màng làm cho v t li u nóng ch y r i bay h i và l ng đ ng (ho c khôngệ ậ ệ ậ ệ ả ồ ơ ắ ọ ặ  

l ng đ ng) trên b  m t đ  trong môi trắ ọ ề ặ ế ường chân không. S  l ng đ ng hay không l ng đ ngự ắ ọ ắ ọ  

nó ph  thu c vào áp su t h i trên b  m t.   tr ng thái cân b ng nghĩa là bay h i lên baoụ ộ ấ ơ ề ặ Ở ạ ằ ơ   nhiêu thì l ng đ ng quay tr  l i ngu n b y nhiêu. Trong bài báo này tôi trình bày v  k t quắ ọ ở ạ ồ ấ ề ế ả  nghiên c u v  nh ng tác đ ng c a t c đ  b c bay màng t i ch t lứ ề ữ ộ ủ ố ộ ố ớ ấ ượng màng kh  ph n x  đaử ả ạ  

l p s  d ng c p v t li u SiOớ ử ụ ặ ậ ệ 2/SiO, trong vùng c n h ng ngo i, vùng h ng ngo i bậ ồ ạ ồ ạ ước sóng 

ng n.ắ

T  khóa: ừ T c đ  b c bay màng m ng,ố ộ ố ỏ  màng kh  ph n x  SiOử ả ạ 2/SiO, ch t lấ ượng màng m ngỏ   quang h c.ọ

1. M  đ uở ầ

Ch t lấ ượng c a màng m ng quang h c bao g m đ c tính quang h c: T( ), R( ), A( );ủ ỏ ọ ồ ặ ọ λ λ λ  

c  tính: đ  bám dính, đ  c ng; đ c tính không gian: đ  đ ng đ u và đ c tính quang toàn bơ ộ ộ ứ ặ ộ ồ ề ặ ề 

m t.ặ

Ch t lấ ượng c a màng m ng quang h c th  hi n qua đ  b n bám c a màng m ng quangủ ỏ ọ ể ệ ộ ề ủ ỏ  

h c và h  s  truy n qua c a màng m ng quang h c là bao nhiêu. Đ  b n th  hi n tính b nọ ệ ố ề ủ ỏ ọ ộ ề ể ệ ề  

v ng c a màng và đữ ủ ượ ạc t o nên do l c liên k t các phân t  màng v i phân t  màng, gi aự ế ử ớ ử ữ   phân t  màng v i đ  Đ  bám là kh  năng bám ch t c a màng v i b  m t chi ti t đử ớ ế ộ ả ặ ủ ớ ề ặ ế ược mạ  màng do l c liên k t các phân t  màng v i các phân t  đ  C  hai tính ch t b n và bám phự ế ử ớ ử ế ả ấ ề ụ  thu c vào nhi u y u t  khác nhau:ộ ề ế ố

­ Tình tr ng chi ti t đạ ế ược m  màng và v t li u chi ti t đạ ậ ệ ế ược m  màng.ạ

­ V t li u ch  t o màng, b  dày màng, s  l p c a màng (chi u dày c a màng s  quy tậ ệ ế ạ ề ố ớ ủ ề ủ ẽ ế  

đ nh tính ch t c a màng m ng).ị ấ ủ ỏ

­ S  khác bi t gi a màng và đ  v  h  s  dãn n  nhi t, v   ng su t,…ự ệ ữ ế ề ệ ố ở ệ ề ứ ấ

­ Đi u ki n công ngh  ch  t o màng: Đi u ki n làm s ch, áp su t bu ng chân không,ề ệ ệ ế ạ ề ệ ạ ấ ồ  

v n t c thăng hoa, t c đ  b c bay, nhi t đ  đ  trong khi t o màng, th i gian   màng,…ậ ố ố ộ ố ệ ộ ế ạ ờ ủ

­ Đi u ki n môi trề ệ ường và th i gian s  d ng màng: Áp su t, nhi t đ  và đ   m.ờ ử ụ ấ ệ ộ ộ ẩ

2. Tính toán, thi t k  màng kh  ph n x ế ế ử ả ạ

2.1. C  s  lý thuy tơ ở ế

Màng L l p có chi t su t m i l p nớ ế ấ ỗ ớ j, b  dày m i l p dề ỗ ớ j và m  trên đ  có chi t su t nạ ế ế ấ s,  màng ti p xúc v i môi trế ớ ường chi t su t nế ấ m (Hình 2.1)

Hình 2.1. Màng L l p: t  1…j…L, chi t su t m i l p n ớ ừ ế ấ ỗ ớ j , b  dày th c m i l p d ề ự ỗ ớ j

Gi  s  màng có L l p 1…j…L nh  hình 2.1 m i l p có chi t su t nả ử ớ ư ỗ ớ ế ấ j, chi u dày dề j, chi tế  

su t c a đ  nấ ủ ế s, chi t su t môi trế ấ ường tia t i truy n qua là nớ ề m, góc tia t i  , bớ θ ước sóng c a ánhủ   sáng   Biên đ  h  s  ph n x  r và h  s  truy n qua t đλ ộ ệ ố ả ạ ệ ố ề ược xác đ nh theo các công th c sau:ị ứ

       (2.1)

Và 

       (2.2) Trong đó:       (2.3) ,  tương  ng là véc t  đi n trứ ơ ệ ường và véc t  t  trơ ừ ường trong môi trường tia t i, và M làớ  

ma tr n đậ ược tính b i:ở

M=ML.ML­1…Mj…M2.M1      (2.4) Trong công th c trên thì ma tr n Mứ ậ j là m t ma tr n c p 2x2 c a l p màng th  j c aộ ậ ấ ủ ớ ứ ủ   màng:

      (2.5)  Trong đó:       (2.6)

v i nớ jdjcosθj là chi u dày quang h c c a l p th  j v i góc khúc x  là θề ọ ủ ớ ứ ớ ạ j

Trong công th c (2.1), (2.3)   đ c tr ng cho s  d n n p c a đ , môi trứ η ặ ư ự ẫ ạ ủ ế ường, ho c cácặ  

l p màng đớ ược tính theo công th c: ứ

       (2.7)

Ph  thu c vào b c x  ánh sáng t i m t ph ng t i là phân c c song song (p) hay phânụ ộ ứ ạ ớ ặ ẳ ớ ự  

c c vuông góc (s). Góc θự j có liên h  v i góc t i θệ ớ ớ 0 theo đ nh lu t Snell: ị ậ

n m sinθ 0 =n j sinθ j    =>       (2.8)

Cường đ  h  s  truy n qua và ph n x  độ ệ ố ề ả ạ ược xác đ nh b i công th c sau:ị ở ứ

      (2.9)       (2.10)

và pha c a h  s  truy n qua và h  s  ph n x , Φủ ệ ố ề ệ ố ả ạ T và ΦR xác đ nh b i:ị ở

   ΦT= arg (t )       (2.11)

ΦR= arg (r )       (2.12)

Đ i v i v t li u các l p là các v t li u không h p th  thì R+T=1. ố ớ ậ ệ ớ ậ ệ ấ ụ

Đ i v i v t li u các l p là các v t li u h p th  có chi t su t  thì h  s  h p th  A=1 ­ Tố ớ ậ ệ ớ ậ ệ ấ ụ ế ấ ệ ố ấ ụ  

­ R. Trong đó k là h  s  t t c a v t li u.ệ ố ắ ủ ậ ệ

2.2. K t qu  tính toánế ả

Trong bài báo này tác gi  tính toán màng kh  ph n x  3 l p s  d ng c p v t li uả ử ả ạ ớ ử ụ ặ ậ ệ   SiO2/SiO, d i bả ước sóng trong vùng ánh sáng làm vi c ệ λ=400…1000 nm

Màng kh  ph n x  ba l p đử ả ạ ớ ượ ấc c u trúc theo: Air|L HH L|Glass

Chi t su t: nế ấ 1<ns, n2>n1, n3<ns (l p ngoài cùng có chi t su t nh  h n chi t su t c a đ ,ớ ế ấ ỏ ơ ế ấ ủ ế  

l p th  hai có chi t su t l n nh t, l p th  nh t sát đ  có chi t su t nh  h n chi t su t đ ).ớ ứ ế ấ ớ ấ ớ ứ ấ ế ế ấ ỏ ơ ế ấ ế Màng 3 l p SiOớ 2/ SiO/ SiO2

Các   thông   s   đ u   vào:   chi t   su t   đ :   nố ầ ế ấ ế s=1,5239;   n1=1,46(SiO2);   n2=1,95   (SiO); 

n3=1,46(SiO2), chi t su t môi trế ấ ường n0=1

 Vùng ánh sáng làm vi c ệ λ=400…1000 nm, bước sóng trung tâm λ0=550 nm

Chi u dày c a các l p màng ; ;ề ủ ớ

Góc t i c a ánh sáng chi u t i ớ ủ ế ớ θ0=0;

S  d ng phử ụ ương pháp ma tr n ta có k t qu  tính toán:ậ ế ả

θ0=0

Chi u dày c a các l p màng dề ủ ớ 1=94 nm; d2=141 nm; d3=94 nm

Đ  th  h  s  ph n x  c a màng kh  ph n x  3 l p theo tính toán nh  hình 2.2 dồ ị ệ ố ả ạ ủ ử ả ạ ớ ư ướ  i đây:

Hình 2.2. Đ  th  h  s  ph n x  c a màng kh  ph n x  3 l p SiO ồ ị ệ ố ả ạ ủ ử ả ạ ớ 2 / SiO/ SiO 2

Nh n xét: T  đ  th  h  s  ph n x  c a màng kh  ph n x  theo tính toán ta th y h  sậ ừ ồ ị ệ ố ả ạ ủ ử ả ạ ấ ệ ố 

ph n x  l n nh t c a màng trong d i bả ạ ớ ấ ủ ả ước sóng  =400…800 nm x p x  4,3%. Và có 2 v  tríλ ấ ỉ ị  

h  s  ph n x  c a màng x p x  b ng 0.ệ ố ả ạ ủ ấ ỉ ằ

3. K t qu  và th o lu nế ả ả ậ

B ng công ngh  ch  t o màng kh  ph n x  3 l p s  d ng c p v t li u SiOả ệ ế ạ ử ả ạ ớ ử ụ ặ ậ ệ 2/SiO để  đánh giá t c đ  b c bay c a màng th  hi n dố ộ ố ủ ể ệ ướ ải b ng 1. Đ  nghiên c u s   nh hể ứ ự ả ưởng c aủ  

t c đ  b c bay màng đ n ch t lố ộ ố ế ấ ượng màng m ng tác gi  ti n hành quy trình th c nghi m trênỏ ả ế ự ệ   máy máy b c bay chân không BOC ADWARDS FL500: trong quá trình t o màng gi  nguyênố ạ ữ   các đi u ki n công ngh : ch  đ  làm vi c c a súng đi n t  (đi n áp, cề ệ ệ ế ộ ệ ủ ệ ử ệ ường đ  dòng đi n),ộ ệ  

m i quy trình ti n hành ch  t o nh  nhau và ch  ti n hành t o màng   các t c đ  b c bayọ ế ế ạ ư ỉ ế ạ ở ố ộ ố   màng khác nhau đ  đánh giá s   nh hể ự ả ưởng c a t c đ  b c bay t i ch t lủ ố ộ ố ớ ấ ượng màng m ng.ỏ

B ng 1. B ng công ngh  ch  t o màng kh  ph n x  3 l p ph  thu c vào t c đ  b c bay khi ả ả ệ ế ạ ử ả ạ ớ ụ ộ ố ộ ố  

t o màng ạ

Cường độ  dòng đi nệ

Đi n ápệ (kV)

Chi u dàyề   màng (nm)

T c đố ộ 

b c bayố (A0/s)

Áp su t bu ng chânấ ồ  

không (Torr)

M uẫ  

1

M uẫ  

2

M uẫ  

3

M uẫ  

4

3.1. H  s  truy n qua ệ ố ề

H  s  truy n qua c a màng 3 l p ph  thu c vào t c đ  b c bayệ ố ề ủ ớ ụ ộ ố ộ ố

Hình 3.1. Ph  truy n qua c a màng 3 l p t i các t c đ  b c bay khác nhau ổ ề ủ ớ ạ ố ộ ố

K t qu  ch t lế ả ấ ượng màng m ng quang h c ph  thu c vào t c đ  b c bay đỏ ọ ụ ộ ố ộ ố ược thể 

hi n rõ trên hình 3.1a đ n hình 3.1d. T  đ  th  ph  truy n qua c a màng ta nh n th y r ng hệ ế ừ ồ ị ổ ề ủ ậ ấ ằ ệ 

s  truy n qua c a màng gi m d n khi t c đ  l ng đ ng c a v t li u màng tăng lên. Nh  v yố ề ủ ả ầ ố ộ ắ ọ ủ ậ ệ ư ậ   khi t c đ  l n đ ng c a v t li u t o màng tăng làm tăng chi u dày màng d n đ n đ  m p môố ộ ắ ọ ủ ậ ệ ạ ề ẫ ế ộ ấ  

b  m t c a màng tăng lên r t nhi u màng tr  nên x p h n. Qua đó s   nh hề ặ ủ ấ ề ở ố ơ ẽ ả ưởng đ n khế ả  năng truy n qua c a màng. T  đ  th  ph  truy n qua ta th y khi màng đề ủ ừ ồ ị ổ ề ấ ượ ạc t o v i v n t cớ ậ ố  

b c bay c a v t li u là vố ủ ậ ệ SiO2 = 0,5A0/s; vSiO = 0,4A0/s; vSiO2 = 0,5A0/s thì h  s  truy n qua l nệ ố ề ớ  

nh t c a màng là 93,2% trong d i bấ ủ ả ước sóng t  400 ÷ 700nm nh ng khi tăng v n t c b c bayừ ư ậ ố ố  

c a v t li u t o màng lên vủ ậ ệ ạ SiO2 = 1A0/s; vSiO = 1,1A0/s; vSiO2 = 1A0/s thì h  s  truy n qua caoệ ố ề  

nh t c a màng gi m xu ng còn 91% cũng trong d i bấ ủ ả ố ả ước sóng 400 ÷ 700nm

Đ  đánh giá đ  bám dính c a màng tác gi  s  d ng phể ộ ủ ả ử ụ ương pháp r ch. Sau khi màngạ  

đượ ạc r ch ta đ a màng đi quan sát trên kính hi n vi ta có th  xác đ nh đư ể ể ị ược đ  l n c a di nộ ớ ủ ệ   tích đượ ạc r ch trên l p ph  Phớ ủ ương pháp ki m tra này dể ưới tác d ng c a m t l c xác đ nhụ ủ ộ ự ị  

d a vào chi u dày hay chi u sâu c a v t r ch. Đo kích thự ề ề ủ ế ạ ước c a v t r ch đ  đánh giá đủ ế ạ ể ộ 

b n, đ  bám dính c a l p ph  V i phề ộ ủ ớ ủ ớ ương pháp này thì đ  bám dính có th  xác đ nh chínhộ ể ị   xác h n khi chi u dày màng là m ng. ơ ề ỏ

S  d ng mũi r ch b ng kim cử ụ ạ ằ ương đường kính 10µm, l c r ch là kho ng 10N (100g),ự ạ ả   sau khi r ch và quan sát trên kính hi n vi sinh h c đ  phóng đ i 16X ta thu đạ ể ọ ộ ạ ược hình  nh v tả ế  

r ch trên màng và k t h p v i phạ ế ợ ớ ương pháp lau b ng bông quang h c sau đó quan sát trênằ ọ   kính ki n vi. Hình  nh các m u r ch để ả ẫ ạ ược th  hi n dể ệ ưới hình 3.2

Hình 3.2 V t r ch th  hi n kh  năng bám dính c a màng 3 l p t i các t c đ  b c bay khác ế ạ ể ệ ả ủ ớ ạ ố ộ ố  

nhau

Nh  ta đã bi t chi u dày màng quy t đ nh tính ch t c a màng m ng. Do đó khi t c đư ế ề ế ị ấ ủ ỏ ố ộ 

l ng đ ng tăng làm chi u dày màng tăng qua đó làm cho đ  bám dính c a màng gi m đi. Trênắ ọ ề ộ ủ ả   hình  nh th  hi n v t r ch c a màng ta nh n th y r ng khi t c đ  l ng đ ng màng tăng thìả ể ệ ế ạ ủ ậ ấ ằ ố ộ ắ ọ  

s  bong tróc c a màng càng rõ nét và di n tích bong cũng tăng d n.ự ủ ệ ầ

4. K t lu nế ậ

Nh  v y qua kh o sát th c nghi m ch  ra r ng khi t c đ  t o màng tăng lên thì khư ậ ả ự ệ ỉ ằ ố ộ ạ ả  năng truy n qua c a màng trong d i sóng nhìn th y và vùng c n h ng ngo i gi m, đ  b nề ủ ả ấ ậ ồ ạ ả ộ ề   bám c a màng cũng gi m theo. Đi u này hoàn toàn phù h p v i lý thuy t màng m ng đã chủ ả ề ợ ớ ế ỏ ỉ  ra

TÀI LI U THAM KH OỆ Ả

[1]  Tr n Đ nh Tầ ị ường, “Màng m ng quang h c”, NXB Khoa h c và k  thu t, 2004.ỏ ọ ọ ỹ ậ [2]  H. Angus Macleod, “Thin­Film Optical Filters”, CRC Press 2010

[3] Michael Bass et al, “HANDBOOK OF OPTICS”,  Volume IV Optical Properties of  Materials, Nonlinear Optics, Quantum Optics, 2010

Impact of membrane evaporation rate on multi­layer de­reflective film quality using SiO2 / 

SiO material pairs Abstract

The evaporation rate (deposition velocity) of molecules on the substrate surface directly  affects the quality of  thin film. The principle of creating thin films is the process of heating for  film materials to make materials melt and then evaporate and settle (or not deposit) on the  substrate surface in the vacuum. Whether or not it deposits depends on the vapor pressure on the  surface. Being in equilibrium means evaporating as much as possible and then settling back to  the source. In this paper, I present the results of research on the effects of membrane evaporation 

speed on the quality of multilayer reflective thin film using SiO2 / SiO material pairs, in the  near­infrared, short­wavelength infrared region

Keywords: Thin film evaporation rate, SiO2 / SiO reflective film, optical thin film quality

H  và tên: Tr n Anh Tu nọ ầ ấ

N i làm vi c: Phòng 4 – Vi n Khoa h c và Công ngh  ­ B  Công anơ ệ ệ ọ ệ ộ

H c v : Th c sĩọ ị ạ

S  đi n tho i: 0942921468ố ệ ạ

Email: anhtuanh56@gmail.com