離子濺鍍膜厚均勻性之研究

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邱煥評(Huang-Ping Chiu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

離子濺鍍膜厚均勻性之研究

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摘要(中)

摘要
本研究是使用離子束濺鍍 ( Ion Beam Sputter Deposition)，分別濺鍍Ta及Si兩種材料。量測由離子束濺鍍出來的光學薄膜得知，只要能夠控制好製程參數，便可鍍出膜質緻密、折射率穩定、低散射損耗、低吸收耗損以及非晶態(Amorphous)的優質光學薄膜。建立在這樣條件的優質光學薄膜之後，再對膜厚分佈建立一個適用的描述及分析方法，在此我們以離子束投影在靶材上之密度分佈模式，來模擬實際離子束濺鍍膜厚分佈，而且在模擬過程中，我們將投影面源均勻地分割成有限個發射源，如此對於描述及分析膜厚分佈，有很好的結果。

摘要(英)

Abstract
We have deposited Ta2O5 and SiO2 films by ion-beam sputtering. By measuring Ta2O5 and SiO2 films, we find that thin films deposited by ion-beam sputtering have several advantages.
1. High packing density.
2. Refractive index steady.
3. Low scattering loss.
4. Low absorption loss.
5. Amorphous.
Based on these advantages, we establish the method to describe and analyze thickness distribution. We use a concept that the density distribution of ion beam projecting on target to simulate actual thickness distribution. In simulation process, we divide the projecting surface source of target to many uniform emissive sources. A correct thickness distribution by using the concept has been successfully described.

關鍵字(中)

★ 膜厚
★ 均勻性
★ 離子濺鍍

關鍵字(英)

★ thickness
★ uniform
★ IBSD

論文目次

目錄
第一章緒論 …………………………………………………………1
第二章基本理論 ……………………………………………………..4
2.1 膜厚分布理論 ....……………………………………………..4
2.1.1點源 ....………………………………………………...4
2.1.2 面源 ....………………………………………………....7
2.1.3 蒸發源的發射特性 …………………………………..8
2.2 離子束濺射理論 ………………………………………….....9
2.2.1 離子濺射效應 ………………………………………..9
2.2.2 離子束濺射靶材之碰撞理論 ………………………10
2.2.3 離子束入射角度與濺射率 …………………………11
2.3 離子源工作原理 …….…………………………………........12
2.3.1 離子源結構 …….………………………………….....12
2.3.2輝光放電 .......…….……………………………….....14
2.3.3 離子光學 .......…….………………………………......15
第三章實驗儀器及量測工具 ….……………………………….......19
3.1 實驗儀器 ……………………………………………………..19
3.1.1 離子束濺渡系統 ……………………………………..19
3.2 量測儀器 …………………………………………………….21
3.2.1 原子力顯微鏡 …………………………..……………21
3.2.2 X光繞射儀 ………………………………………….23
3.2.3 光譜儀之量測 ……………………………………......24
第四章實驗結果與分析討論 ………………………………………25
4.1 離子束投影在靶材表面的密度分佈 ………………...……..25
4.2 離子束濺鍍膜厚分佈之探討 ……………………………….28
4.2.1 膜厚公式推導 ………………………………………..28
4.2.2 膜厚分佈之實驗及模擬結果之比較 ……..…………31
4.3 離子束能量對於膜厚分佈的影響 ………….…………...….36
4.4 膜厚分佈對表面粗糙度的影響 …….………………………38
4.5 XRD量測 ………………………………………………….40
4.6 膜厚分佈之光學特性探討 ………………………………….41
第五章結論 …………………………………………………………43
參考文獻 ……………………………………………………………..45
圖目錄
圖2-1 角度對薄膜沉積厚度影響 ……………………………………5
圖2-2 不同N值之比較 ………………………………………………8
圖2-3 離子撞擊靶材過程示意圖 ………………..…………………10
圖2-4 Ar離子束對幾種金屬靶的濺射率與入射角的關係 ………..11
圖2-5(a) 離子源的剖面圖 ……………………….……….…………13
圖2-5(b) 寬束離子源與電源供應器 ……………..…………………13
圖2-6 離子源的電位分佈圖 ………………………………………..15
圖2-7 兩柵極孔徑沒有對齊造成離子束偏向示意圖 ……………..16
圖2-8 離子束電流量與兩柵極之關係 ……………………………..17
圖2-9 離子束發散角度與離子束電流Ib關係圖 …………………...18
圖3-1 離子束濺鍍系統示意圖 ……………………………………..20
圖3-2 原子力顯微鏡示意圖 ………………………………………..22
圖3-3 XRD光譜分析θ/ 2θ模式示意圖 …………………………..23
圖3-4 包絡線示意圖 ………………………………………………..24
圖4-1離子束投影在靶材表面的示意圖 ……………………………26
圖4-2 投影面源的示意圖 ………………………………………….29
圖4-3 基板位於r = 11.7公分之實驗架構圖 ………………………31
圖4-4(a) Ta2O5薄膜對不同角度之膜厚關係 …….…………………32
圖4-4(b) Ta2O5薄膜模擬曲線與實驗值比較 …...…………………..32
圖4-5平面基板架構圖 …………………..…………………………..33
圖4-6 Ta2O5薄膜平面基板架構的模擬與實驗值的比較圖 ………..33
圖4-7(a) SiO2薄膜對不同角度之膜厚關係 …………………….…34
圖4-7(b) SiO2薄膜模擬曲線與實驗值比較 …………….………….35
圖4-7(c) SiO2薄膜平面基板架構的模擬與實驗值的比較圖 ………35
圖4-8(a) Nb2O5隨著不同入射離子能量的膜厚分佈圖 ……………37
圖4-8(b) 以不同離子束能量濺鍍TiO2膜厚分佈圖 ….………..…..37
圖4-8(c) 以不同離子束能量濺鍍Ta2O5膜厚分圖 …………………37
圖4-9(a) Ta2O5薄膜AFM量測結果(二維) ………………..……….39
圖4-9(b) Ta2O5薄膜AFM量測結果(三維) ………………………...39
圖4-10(a) SiO2薄膜AFM量測結果(二維) ………………..……….39
圖4-10(b) SiO2薄膜AFM量測結果(三維) ………………..……….39
圖4-11(a)基板(BK7) AFM量測結果(二維) ………………………...39
圖4-11(b)基板(BK7) AFM量測結果(三維) ………………..……….39
圖4-12(a) Ta2O5薄膜的X光繞射圖 ……………………………...40
圖4-12(b) SiO2薄膜的X光繞射圖 ………..……………………...40
圖4-13(a) Ta2O5薄膜在不同位置之折射率及消光係數值 …….…..42
圖4-13(b) SiO2薄膜在不同位置之折射率及消光係數值 ……..…..42

參考文獻

參考文獻
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27. 莊凱評 , ‘’光學薄膜厚度均勻性之研究’’ , 國立中央大學光電科學研究所碩士論文 , p.14(2000)

指導教授

李正中(Cheng-Chung Lee)

審核日期

2002-6-27

推文