1 / 20

Optomechatronika II. Vékonyrétegek - bevonatok

Optomechatronika II. Vékonyrétegek - bevonatok. Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék. http://www. mogi .bme.hu. Optikai bevonatok. Optikai tulajdonságok módosítása Transzmisszió növelése, csökkentése Reflexió növelése, csökkentése

zenia-chang
Download Presentation

Optomechatronika II. Vékonyrétegek - bevonatok

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. Optomechatronika II.Vékonyrétegek - bevonatok Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika OptikaésGépészetiInformatika Tanszék http://www.mogi.bme.hu

  2. Optikai bevonatok • Optikai tulajdonságok módosítása • Transzmisszió növelése, csökkentése • Reflexió növelése, csökkentése • Speciális transzmissziós/reflexiós karakterisztikák --- anyagában színezett szűrők • Polarizációs tulajdonságok módosítása • Diffúz reflexió, transzmisszió • Szilárdság (karcállóság) növelése • Környezeti hatások (nedvesség, savak) kivédése • Gyártástechnológia • Galvanizálás • Diffúziós festés • Porlasztás • Vákuum gőzölés

  3. Diffúz reflexiós tulajdonságok • Lambert reflexiós felületek létrehozása • Felületi struktúra • Homogenitás • A reflexió csökkentése • DeSoto Black paint • Akzo Nobel 463-3-8 (CAT-A-LAC) • Aeroglaze Z306 poliuretán bevonat • Superblack • Verticalcarbonnanotubes (R<0.045%) • Maximális reflexió • BaSO4 por • PTFE (Teflon) por • Spectralon festék • Reflexiós etalonok

  4. Fémes visszaverődés Kis behatolási mélység Nagy reflexió Komplex törésmutató n=n(1-ik) k:abszorpciós együttható Polarizációs hatások Ibe=IR+IT+IA a réteg vastagságával a reflexió nő, az áteresztés csökken Féligáteresztő tükrök %-os tükrök nyalábosztók Fémrétegek

  5. Egyszerű nyalábosztó Többszörös reflexiók Polarizációs hatások Nyalábosztó kocka Kiegyenlített optikai úthosszak Pontosabb gyártás és szerelés „Polka dot” nyalábosztók Nyalábosztók

  6. Fabry-Pérotinterferométer Két nagypontosságú sík felület Egymástól t távolságra, párhuzamosra állítva A felületeken nagy reflexiójú réteg található Tekintsük az első felületet elérő hullámfrontot: A beeső hullám amplitúdója E0 A visszavert hullám amplitúdója rE0 Az áteresztett hullám amplitúdója: sE0 Az abszorpciót elhanyagoljuk: s2+r2=1 A beeső hullám többszörös visszaverődést szenved Többsugaras interferencia E0 sE0 E1=s2E0 rE0 rsE0 r2sE0 E2=s2r2E0 r3sE0 r4sE0 E3=s2r4E0 r2n-2sE0 En=s2r2n-2E0 t

  7. Két egymás utáni komponens útkülönbsége: D=2l-p l = t / cosQ p = 2 d sinQ =2(t tgQ )sinQ D=2t cosQ A fáziskülönbség: d= 2pD/l = (2p/l ) 2t cosQ Az eredő amplitúdó: ET=E1+E2+E3+…+En= ET=s2E0(1 + r2e-id+ r4e-i2d+…+r2n-2e-i(n-1)d) Az 1/(1-x) = 1+x+x2+… sorfejtéssel: ET=s2E0 / (1- r2e-id) Az egyes hullám komponensek fázisai E1=s2E0 p l d q l rsE0 t

  8. Az intenzitás az amplitúdó alapján: IT=(ET ET*)/2 = s4E02/2/(1+ r4 - 2r2cosd) Behelyettesítve: I0=E02/2 R=r2, T=s4 valamint R=1-T Az intenzitás: Az áteresztett intenzitás Az intenzitás a fázis (d) függvényében (t=1, Q=0°)

  9. „Vékony” réteg Vastagsága a fény hullámhossz nagyságrendjébe esik Határfelületei párhuzamosak (konstans vastagság) Hordozóra leválasztott egy vagy több különálló felület Alkalmazások Optikai vékonyrétegek Mikroelektronika (vezetők, szigetelők, diffúzós gátak, mágneses területek stb.) Speciális szenzorok Felületkikészítés (korrózióvédelem, szilárdság, kopásállóság) Vékonyrétegek

  10. Reflexió az optikai felületeken • Egy dielektrikum felületén a visszaverődés a törésmutató különbség függvénye (merőleges beesés esetén): • Az amplitúdóra: r=(n0-n1)/(n0+n1) • Az intenzitásra: R=r2 • BK7 üveg esetén: • n=1.5168 • R=4.2 % felületenként! • Szilícium esetén: • n=3.5 • R=31 % felületenként! • Alkalmazzuk a Fabry-Perotinterferométernél alkalmazott technikát az áteresztés módosítására

  11. Visszaverődés két felületen E0 s1E0 • Két felület : • Távolságuk: t • A törésmutatók: n0, n1, n2 • r1=-(n0-n1)/(n0+n1) • r2=(n1-n2)/(n1+n2) • A fáziseltolódás • d=(2pn1/l) 2 t cosQ • Az eredő amplitúdó: • ET=E1+E2+E3+…+En= • ET=s1s2E0(1+r1r2e-id+…+(r1r2) n-1e-i(n-1)d) • Az 1/(1-x) = 1+x+x2+… sorfejtéssel: ET=s1s2E0 / (1- r1r2 e-id) r1E0 E1=s1s2E0 r2s12E0 E2=s1s2r1r2E0 r1r22s12E0 E2=s1s2r12r22E0 t

  12. Az intenzitás az amplitúdó alapján: IT=(ET ET*)/2 Behelyettesítve: I0=E02/2 Az intenzitás: Ha nincs elnyelés A reflexióképesség R=1-T Ahol T= IT/I0 Hogyan lehet 0 reflexiót elérni? Ha cos d = -1 R = (r1+r2 )2 / (1+r1r2 )2 Az áteresztett intenzitás

  13. A cos d akkor -1 ha n1t = l /4 (negyed hullámhossznyi) Ekkor a teljes reflexió: A reflexió akkor 0: Ha n1=(n0n2)1/2 mértani közép! MgF2 n=1.384 Negyedhullám rétegek

  14. Sokrétegű bevonatok számítása • A két felület analitikusan kezelhető, de mi van a többivel? • Többszörös visszaverődés • „Végtelen sorok végtelen sora” • 1937 Rouard: mátrix módszer • Rétegmátrix:

  15. Sokrétegű bevonatok • Manapság szinte tetszőleges spektrális karakterisztika megvalósítható • Sokféle réteganyag • Széles törésmutató választék • Optimalizációs programok • Akár 40-50 különböző réteg • Fejlett rétegezési technikák • Technológiai korlátok • A törésmutatók nem állandók • A számítások csak egy beesési szögre igazak • Az anyagok száma véges (csak bizonyos törésmutatók léteznek) • A rétegvastagság mérési bizonytalansága • Rétegtapadási problémák • Időigényes, drága folyamat

  16. Vékonyréteg szűrők • Sávszűrők • FWHM 5-100 nm • T>95% • Alul / felül áteresztő szűrők • Blokkolási tartomány • T<0.01% • Különböző technológiák kombinációja • Interferenciaszűrő 1 v. 2 oldalas • Fémréteg • Anyagában színezett üveg v. kristály

  17. Vékonyréteg technológiák • Tisztítás • Por zsiradék mentesítés • Ultrahangos tisztítás • Kémiai oldószeres tisztítás • Környezetterhelés • Kémiai módszerek • Ezüstözés, fém oxidok • MolecularBeamEpitaxy • ChemicalVaporDeposition • Fizikai rétegleválasztás • Vákuumpárologtatás • A leggyakoribb módszer • Precíz, ellenőrzött rétegfelvitel • Porlasztás • Kiváló réteg stabilitás • Gyengébb ismétlőképesség • Lépései: • Forrásanyag gőzfázisba hozása • Szabad részecskék transzportja a hordozóig • Részecskék lecsapódása a hordozóra

  18. Vékonyréteg gőzölés • Alacsony nyomású vákuum: p<10-5torr • Nagy szabad úthosszú részecskék • Mechanikus és diffúziós pumpák • A forrást felfűtik, míg elpárolog • Al, Ag, Au, SiO, SiO2, MgF2, Al2O3, TiO3, ZnSe, stb. • Csónakban, elektromos fűtés • Elektronnyalábbal • Kis energiájú részecskék • A lerakódás egyenletessége a távolságtól és a forrás geometriától függ • Bolygóműves mozgatások • Rétegvastagság mérés optikailag, vagy rezgő kvarccal

  19. Ion porlasztás • Kisebb vákuum • Rövidebb szabad úthossz • Gázplazmát hozunk létre melyből az ionok a forrásba csapódnak • Az így erodált forrásból atomok, ionok lépnek ki és a hordozóra rakódnak • Az egyenletes anyagáram fenntartása a részecskék energiájának és impulzusának kézbentartásával • Rádiófrekvenciás vagy magnetronos porlasztás

  20. Vákuum technológiák • Vákuumgőzölés • Nagy vákuum, nagy szabad úthossz, kevés ütközés • Kis energiájú részecskék, gyengébb tapadás a hordozón • Kevés abszorbeált gáz • Nagyobb szemcseméret, kevés kristályosodási irány • Egyenletesebb, pontosabb rétegvastagság • Porlasztás • Kisebb vákuum, kis szabad úthossz, sok ütközés • Nagy energiájú részecskék, jobb tapadás • Sok abszorbeált gáz • Kisebb szemcseméret, sok kristályosodási irány • Rosszabb réteg jellemzők, gyengébb ismételhetőség

More Related