1 / 62

Các loại màng quang học

Các loại màng quang học. Bộ môn : Quang học ứng dụng GV Hướng dẫn : TS Lê Vũ Tuấn hùng HV thực hiện: Lê Thị Lụa Tô Lâm Viễn Khoa. Lưu lại thông tin cần thiết :. Địa chỉ bạn đã tải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html.

elda
Download Presentation

Các loại màng quang học

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Các loại màng quang học Bộ môn: Quang học ứng dụng GV Hướng dẫn: TS Lê Vũ Tuấn hùng HV thực hiện: Lê Thị Lụa Tô Lâm Viễn Khoa

  2. Lưulạithông tin cầnthiết: Địa chỉ bạn đã tải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html Nơi bạn có thể thảo luận: http://myyagy.com/mientay/ Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí: http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Dự án dịch học liệu mở: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html Liên hệ với người quản lí trang web: Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com

  3. Dàn ý • Phân loại các loại màng quang học • Các phương pháp tạo màng quang học • Màng chống phản xạ • Màng phản xạ cao • Màng ITO • Màng lọc giao thao

  4. I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:Giới thiệu • Màng quang học là: • một hay nhiều lớp vật liệu mỏng • phủ trên một thiết bị quang học như thấu kính hay gương (những thiết bị cho phép biến đổi đường đi của ánh sáng phản xạ hay truyền qua)

  5. I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:Giới thiệu Hiệu quang lộ: Độ phản xạ đế:

  6. I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:Giới thiệu Ma trận truyền qua: Đối với 1 lớp màng Đối với màng đa lớp Sử dụng nhiều ma trận Mi liên tiếp nhau

  7. I. CÁC LOẠI MÀNG QUANG HỌC:Phân loại Màng chống phản xạ Màng phản xạ cao Màng dẫn điện trong suốt Màng lọc giao thoa

  8. II.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG Tđế < 5000C Tđế ≈ 900 – 12000C Phương pháp ngưng tụ hóa học (CVD) Phương pháp ngưng tụ vật lý (PVD) Physical Vapor Deposition Chemical Vapor Deposition  Các hạt vật liệu ngưng tụ trên đế, phản ứng với chất khí → Hợp chất → Màng  Các hạt vật liệu ngưng tụ trên đế → Màng  Một chất khí được đưa vào (precursor)  Các phản ứng hình thành hợp chất (nếu có), xảy ra trên đường đi  Các hạt vật liệu di chuyển  Các hạt vật liệu di chuyển  Với một tác nhân cung cấp năng lượng, vật liệu cần phủ màng bị hóa hơi.  Với một tác nhân cung cấp năng lượng, vật liệu cần phủ màng bị hóa hơi.

  9. Các phương pháp PVD phổ biến • Bốc bay • Nhiệt bốc bay • Bốc bay chùm điện tử • Bốc bay bằng xung laser (PLD) • Phún xạ • Phún xạ DC • Phún xạ RF • Phún xạ phản ứng • Phún xạ magnetron

  10. Bốc bay nhiệt điện trở Quá trình lắng đọng màng 1. Sự chuyển vật liệu bốc bay từ pha rắn sang lỏng rồi thành hơi do nhiệt điện trở 2. Sự di chuyển của nguyên tử từ nguồn đến đế 3. Nguyên tử hấp thụ trên đế kết tụ. 4. Tinh thể hóa màng bằng các thông số quá trình. 5. Phát triển thành màng liên tục

  11. Ưu điểm • Có thể lắng đọ ở tốc độ cao 0.1 ÷ 2 nm/s • Nguyên tử bay bởi năng lượng thấp (0.1 eV) • Tạp bẩn và khí dơ thấp • Không gây nhiệt cho đế • Đơn giản, không đắt • Nhiều vật liệu khác nhau (Au, Ag, Al, Sn, Cr, Ti, Cu…) • Có thể đạt nhiệt độ 1800oC • Dòng điện 200 ÷ 300 A

  12. Giới hạn • Khó kiểm soát hợp chất • Bề dày không đều • Khó lắng đọng ở những hốc sâu • Sự hình thành hợp kim với nguồn vật liệu • Tạp do khí ở dây nhiệt điện trở • Không thích hợp cho bốc bay phản ứng

  13. Boác bay chuøm ñieän töû Substrate • Suùng ñieän töû sinh ra chuøm ñieän töû 15 keV, ñoäng naêng ôû doøng ñieän côõ 100 mA. • Chuøm ñieän töû bò leäch ñi 270o bôûi töø tröôøng, B. • Nguoàn nhieät nhaän ñöôïc coù ñieåm nhoû (~5mm) trong vaät lieäu boác bay coù coâng suaát laø 15 kV x 100 mA = 1.5 kW. • Naêng löôïng naøy ñuû laøm noùng haàu heát caùc vaät lieäu treân 1000o C. • Naêng löôïng nhieät ñöôïc ñieàu khieån bôûi doøng ñieän töû. e-beam Flux Evaporant B Crucible e-gun

  14. Tính chaát cuûa boác bay chuøm ñieän töû • Phöùc taïp hôn boác bay nhieät nhöng ña naêng • Coù theå ñaït nhieät ñoä treân 3000oC • Söû duïng noài boác bay vôùi ñaùy baèng Cu • Toác ñoä laéng ñoäng 1 ÷ 10 nm/s • Vaät lieäu boác bay • Moïi thöù maø nhieät ñieän trôû söû duïng • Coäng vôùi caùc kim loaïi sau: • Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo • Al2O3, SiO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2

  15. Öu ñieåm cuûa boác bay chuøm ñieän töû Coù theå laøm noùng chaûy vaät lieäu maø khoâng gaây taïp baån Hôïp kim coù theå laéng ñoïng maø khoâng gaây phaân ly Thích hôïp cho boác bay phaûn öùng

  16. + + + + + + + Bốc bay bằng xung laser (PLD – Pulse Laser Deposition) Electron  Chùm laser xung công suất lớn được chiếu vào bia. Nguyên tử trung hòa  Bia hấp thu năng lượng laser, nóng lên và bay hơi Ion + Laser  Phía trên bia hình thành một vùng không gian chứa plasma phát sáng  Các hạt vật liệu bia ngưng tụ màng trên đế

  17. Caùc loaïi phöông phaùp phuùn xaï • Phuùn xaï DC • Phuùn xaï RF • Phuùn xaï phaûn öùng • Phuùn xaï magnetron

  18. + + + + + + + + + + +  Hạt vật liệu ngưng tụ trên đế,  lớp màng. • Áp một điện thế • lên bia-đế, ion + “tiến” về bia, • e- “tiến” về đế • Trong vùng không gian • bên trong buồng chân không, • có sẵn một số ion dương • và e-  Ion + “đánh bật” hạt vật liệu trên bia : hạt phún xạ

  19. Hệ phún xạ xoay chiều (RF – Radio Frequency) Hệ phún xạ một chiều (DC – Direct Current) Vanode-cathode là một chiều Vanode-cathode là xoay chiều Bộ trở kháng và hệ tụ điện Bia sử dụng Có thể cách điện Tăng công suất phóng điện Bia sử dụng phải dẫn điện  Hệ phún xạ DC và RF duy trì phóng điện

  20. Hệ magnetron không cân bằng Hệ magnetron cân bằng  Hệ magnetron cân bằng và không cân bằng Phún xạ magnetron  Từ mô hình phún xạ có thêm hệ magnetron, hệ các nam châm định hướng N-S nhất định ghép với nhau  Hệ magnetron được gắn bên dưới bia, dưới cùng là tấm sắt nối từ.  e thứ cấp sinh ra từ va chạm giữa ion + và bia, chuyển động đặc biệt trong điện từ trường. Hệ mag- netron không cân bằng, nam châm ở giữa có cường độ yếu hơn. Các đường sức từ trường không khép kín. Hệ mag- netron cân bằng, các nam châm có cường độ như nhau. Các đường sức từ trường khép kín.

  21. Hệ magnetron không cân bằng Hệ magnetron cân bằng Các e ít chịu tác dụng của từ trường ngang Từ trường không khép kín Các e chịu tác dụng của từ trường ngang Từ trường khép kín Đế bị nhiều e va đập mạnh e theo điện trường đến đế với v lớn Đế ít bị e va đập Đế ít bị đốt nóng e chủ yếu chuyển động gần bia Đế bị đốt nóng (hướng vô) Điện trường Thích hợp tạo các màng yêu cầu T0 cao Thích hợp tạo màng cho các loại đế không chịu được T0 cao: nhựa, giấy,…

  22. Thuaän lôïi Maät ñoä doøng (tæ leä vôùi toác ñoä ion hoùa) taêng 100 laàn so vôùi phuùn xaï diode phaúng Aùp suaát phoùng ñieän coù theå giaûm 100 laàn Toác ñoä laéng ñoïng taêng 100 laàn

  23. ƯU ĐiỂM CỦA PHÚN XẠ SO VỚI BỐC BAY • Trong nhöõng naêm tröôùc ñaây maøng moûng kim loaïi ñöôïc boác bay nhöng baây giôø phuùn xaï ñöôïc söû duïng • Phuùn xaï coù theå ñöôïc söû duïng ñeå laéng ñoïng taát caû caùc loaïi chaát daãn ñieän • Chuùng ta khoâng theå laéng ñoïng maøng hôïp kim bôûi phöông phaùp boác bay do nhieät ñoä noùng chaûy cuûa caùc kim loaïi khaùc nhau • Phuùn xaï khoâng laøm thay ñoåi hôïp thöùc

  24. Taïp chaát trong maøng phuùn xaï thaáp • Trong boác bay, taïp chaát do vaät lieäu chöùa • Söï bao phuû baäc thang toát hôn • Phuùn xaï ñöôïc laøm töø dieän tích môû roäng cuûa target boùng môø laø thaáp nhaát • Ñoà ñoàng ñeàu töông ñoái cao

  25.  PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL  Sau một thời gian, các hạt sol hút nhau  Các hạt chuyển động Brown, va chạm nhau  Hệ các hạt phân tán, kích thước: 0,1 → 1μm  Lực tương tác giữa các hạt: Van der Waals Dung dịch đông tụ lại thành keo Chất ban đầu tạo nên HỆ SOL PRECURSOR Hạt sol HỆ SOL HỆ GEL  Công thức chung: M(OR)x M: nguyên tố kim loại R: nhóm alkyl (CnH2n+1)

  26. Các quá trình xảy ra khi từ hệ sol → hệ gel Bước 1: Các hạt keo mong muốn từ các phân tử precursor phân tán vào một chất lỏng để tạo nên một hệ Sol. Bước 2: Sự lắng đọng dung dịch Sol tạo ra các lớp phủ trên đế bằng cách phun, nhúng, quay. Bước 3: Các hạt trong hệ Sol được polymer hoá thông qua sự loại bỏ các thành phần ổn định hệ và tạo ra hệ gel ở trạng thaí là một mạng lưới liên tục. Bước 4: Cuối cùng là quá trình xử lí nhiệt nhiệt phân các thành phần hửu cơ, vô cơ còn lại và tạo nên một màng tinh thể hay vô định hình.

  27. Hai phương pháp tạo màng từ quá trình sol-gel dmàng phụ thuộc: độ nhớt, vbay hơi, vquay,... → Đồng đều dmàng phụ thuộc: vkéo, góc kéo, độ nhớt, nồng độ dd,... → Không đều Phủ quay (Spin Coating) Phủ nhúng (Dip Coating) Dung dịch được nhỏ lên đế và cho đế quay. Lực ly tâm → mẫu giọt lan tỏa đều trên đế → màng/đế Đế được nhúng vào dung dịch sol, sau đó được kéo ra từ từ → màng/đế

  28. Ưu và nhược điểm phương pháp Sol – gel:

  29. III. MÀNG CHỐNG PHẢN XẠ: Màng chống phản xạ được dùng để làm giảm sự phản xạ trên bề mặt. Giảm sự phản xạ trên bề mặt của hệ quang học là cần thiết do 2 nguyên nhân chính sau: Sự truyền qua một thành phần quang học chưa được xử lí luôn nhỏ hơn 100% vì bị mất mát do phản xạ. Hầu hết các thiết bị bao gồm nhiều thành phần quang học này (chưa được phủ màng chống phản xạ) sẽ có sự truyền qua là rất thấp Một phần ánh sáng phản xạ tại các bề mặt khác nhau có thể tới được mặt phẳng tiêu của thiết bị có thể làm xuất hiện ảnh ‘ma’ hoặc các vết nhòe, vì vậy mà hình ảnh của nó không sắc nét. Điều này đặc biệt đúng trong tivi của rạp chiếu phim nơi mà có khoảng hơn 14 thấu kính được sử dụng.

  30. Sự truyền qua của ánh sáng • Hệ số phản xạ • Hệ số truyền qua : • T = 1 - R • ( bỏ qua sự hấp thụ và tán xạ ) VD : Với thủy tinh thông thường ( ns = 1.5 ) Ánh sáng khả kiến truyền từ không khí ( no = 1 )  R = 0.04  ánh sáng truyền qua 96 %

  31. - Nếu có phủ một lớp vật liệu thích hợp trên bề mặt của thủy tinh thì Hệ số phản xạ: Vd: Với thủy tinh thông thường: ns=1,52 Ánh sáng khả kiến truyền từ không khí : n0 = 1 Chiết suất lớp phủ: n1=1,38  R = 0,013  ánh sáng truyền qua 98,7 %

  32. - Chiết suất tốt nhất cho lớp phủ : • Phủ 1 lớp vật liệu trên bề mặt thủy tinh sẽ làm giảm hệ số phản xạ. với n1: chiết suất của lớp màng n0 và nS là chiết suất của hai môi trường VD : lớp phủ lên bề mặt thủy tinh cần có chiết suất n1 = ( 1.5 )1/2 = 1.225 - Không có vật liệu có chiết suất phù hợp chính xác.  Thông thường chọn MgF2 ( n1 = 1.38 )

  33. Giả sử có thể điều khiển chính xác độ dày lớp phủ ( λ/4 )  gọi là lớp phủ ¼ sóng ( quarter-wave coating ) Khi đó tia tới sau khi phản xạ ở 2 mặt phân cách sẽ giao thoa triệt tiêu với nhau do ngược pha nhau.  Tất cả ánh sáng sẽ được truyền qua . ( trường hợp lý tưởng )

  34. Thực tế, cường độ ánh sáng sẽ thay đổi khi qua lớp phủ. • Độ dày lớp phủ : λo/4n • Với λo : bước sóng ás trong chân không

  35. Màng chống phản xạ đơn lớp chốngphản xạ ở bước sóng giữa vùng khả kiến • Vật liệu màng là các chất điện môi chiết suất thấp : MgF2, Na3AlF6, CaF2, LiF2… • Ưu điểm : • - Dễ chế tạo • Dễ kiểm soát bề dày • - giá thành thấp, tính lặp lại cao, dễ thực hiện. • Hạn chế: • vùng hoạt động hẹp, khó tìm thấy vật liệu chiết suất thấp bền.

  36. Lớp ngoài : chất điện môi chiết suất thấp, bền với môi trường ( MgF2, Na3AlF6 , CaF2…) : n1 < n2 • Lớp thứ hai : chất điện môi chiết suất cao, có độ bám tốt với đế thủy tinh • ( ZnO, TiO2, CeF3, ThO2…) : n2 > n3 • Ưu điểm : • Cho hệ số phản xạ thấp hơn so với màng đơn lớp • có nhiều sự lựa chọn vật liệu hơn, tinh vi hơn, dễ sản xuất • Hạn chế: vùng hoạt động hẹp. • Màng chống phản xạ hai lớp • chống phản xạ với toàn vùng phổ khả kiến.

  37. Hệ số phản xạ R rất nhỏ : < 0.1% - 0.01% trong suốt dãy rộng bước sóng ánh sáng. • Màng chống phản xạ ba lớp - Màng chống phản xạ hai lớp chỉ cho hệ số phản xạ bằng 0 tại một bước sóng và dãi bước sóng có hệ số phản xạ thấp còn giớ hạn - Màng chống phản xạ 3 lớp cho hệ số phản xạ bằng 0 tại 2 bước sóng và dãi bước sóng có hệ số phản xạ thấp rộng hơn

  38. ứng dụng : Trong kính đeo mắt người ta phủ nhiều lớp chống phản xạ để giảm ánh sáng rơi trên bề mặt của kính.

  39. Màng chống phản xạ còn có thể sử dụng trong một số thiết bị điện tử như điện thoại di động, màn hình máy tính LCD,… màn hình của những thiết bị này được phủ màng chống phản xạ để dễ nhìn phần hiển thị trên màn hình

  40. Màng phủ chống phản xạ cũng được sử dụng trong các bảng điện của thiết bị máy bay giúp cho phi công dễ dàng đọc các thông tin trên bảng điện dưới ánh sáng ban ngày mà không bị nhòe. Màng chống phản xạ cũng được sử dụng trong công nghiệp ô tô để làm các bảng điện trong xe hơi cao cấp

  41. - Thấu kính trong máy ảnh, kính hiển vi, kính viễn vọng, ống nhòm, đầu đọc DVD, và một số lăng kính trong các thiết bị này… - Pin mặt trời : phủ lớp chống phản xạ cho phép giữ lại ánh sáng chiếu tới ở mọi góc độ.

  42. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR) Màng Kim loại Au, Al, Ag... Màng Điện môi TiO2, SnO2, MgF2

  43. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Kim loại Nguyên tắc: - Một số kim loại có độ phản xạ cao đối với một số vùng bước sóng.

  44. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Kim loại Phương pháp tạo màng: (tráng gương) Phương pháp bốc bay Đế thủy tinh (gương) Sử dụng các PƯHH C6H12O6 (dd) + Ag2O (dd) --- (NH3) ----> C6H12O7 (dd) + 2Ag (r) Miếng nhôm bị đốt nóng do điện thăng hoa thành các hạt Al

  45. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Kim loại Ưu điểm: - Đơn giản, dễ chế tạo. - Rẻ tiền. Hạn chế - Không bền, dễ hư hỏng. - Độ phản xạ ở các vùng tử ngoại không cao.

  46. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Kim loại Ứng dụng: Gương

  47. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Điện môi Nguyên tắc: - Gồm hai lớp màng chiết suất khác nhau được đặt xen kẽ với nhau. - Lớp chiết suất cao thường là: ZnS (n = 2,32), TiO2 (n = 2,4) - Lớp chiết suất thấp thường là: MgF2 (n = 1,38), SiO2 (n = 1,49) - Chiết suất đế thủy tinh là 1,5

  48. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Điện môi - Bề dày của mỗi lớp màng thường là 1/4 bước sóng chiếu tới (λ/4). - Phản xạ tại mỗi mặt tiếp xúc giữa hai lớp HL, hiệu quang lộ tăng thêm 1/2 bước sóng --> bị triệt tiêu như trường hợp AR. - Do sự phản xạ tại lớp H-L gây ra độ lệch pha sai khác 1800 so với lớp L-H --> sóng giao thoa không bị triệt tiêu mà còn được tăng cường. Nguyên tắc:

  49. IV. MÀNG PHẢN XẠ CAO (HR):Màng Điện môi Ưu điểm: - Cho độ phản xạ cao, có thể lên đến 99,99% - Việc chế tạo đơn giản, giá thành không quá đắt. Hạn chế: - Chỉ cho độ phản xạ rất cao đối với một dải bước sóng hẹp nào đó. Ngoài khoảng này thì độ phản xạ không quá cao.

More Related