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 động của tốc độ bốc bay màng tới chất lượng màng khử phản xạ đa lớp sử dụng cặp vật liệu SiO2/SiO ThS, Trần Anh Tuấn Viện Khoa học và Cơng nghệ, Bộ Cơng an anhtuanh56@gmail.com Tóm tắt Tốc độ bốc bay (vận tốc lắng đọng) của các phân tử trên bề mặt đế có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của màng mỏng. Ngun lý tạo màng mỏng là q trình đốt nóng (gia nhiệt) cho vật liệu màng làm cho vật liệu nóng chảy rồi bay hơi và lắng đọng (hoặc khơng lắng đọng) trên bề mặt đế trong mơi trường chân khơng. Sự lắng đọng hay khơng lắng đọng nó phụ thuộc vào áp suất hơi trên bề mặt. Ở trạng thái cân bằng nghĩa là bay hơi lên bao nhiêu thì lắng đọng quay trở lại nguồn bấy nhiêu. Trong bài báo này tơi 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 SiO 2/SiO, trong vùng cận hồng ngoại, vùng hồng ngoại bước sóng ngắn Từ khóa: Tốc độ bốc bay màng mỏng, màng khử phản xạ SiO2/SiO, chất lượng màng mỏng quang học Mở đầu Chất lượng của màng mỏng quang học bao gồm đặc tính quang học: T(λ), R(λ), A(λ); cơ tính: độ bám dính, độ cứng; đặc tính khơng gian: độ đồng đều và đặc tính quang tồn bề mặt Chất lượng của màng mỏng quang học thể hiện qua độ bền bám của màng mỏng quang học và hệ số truyền qua của màng mỏng quang học là bao nhiêu. Độ bền thể hiện tính bền vững của màng và được tạo nên do lực liên kết các phân tử màng với phân tử màng, giữa phân tử màng với đế. Độ bám là khả năng bám chặt của màng với bề mặt chi tiết được mạ màng do lực liên kết các phân tử màng với các phân tử đế. Cả hai tính chất bền và bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: Tình trạng chi tiết được mạ màng và vật liệu chi tiết được mạ màng Vật liệu chế tạo màng, bề dày màng, số lớp của màng (chiều dày của màng sẽ quyết định tính chất của màng mỏng) Sự khác biệt giữa màng và đế về hệ số dãn nở nhiệt, về ứng suất,… Điều kiện cơng nghệ chế tạo màng: Điều kiện làm sạch, áp suất buồng chân khơng, vận tốc thăng hoa, tốc độ bốc bay, nhiệt độ đế trong khi tạo màng, thời gian ủ màng,… Điều kiện mơi trường và thời gian sử dụng màng: Áp suất, nhiệt độ và độ ẩm Tính tốn, thiết kế màng khử phản xạ 2.1 Cơ sở lý thuyết Màng L lớp có chiết suất mỗi lớp n j, bề dày mỗi lớp dj và mạ trên đế có chiết suất n s, màng tiếp xúc với mơi trường chiết suất nm (Hình 2.1) Hình 2.1. Màng L lớp: từ 1…j…L, chiết suất mỗi lớp nj, bề dày thực mỗi lớp dj Giả sử màng có L lớp 1…j…L như hình 2.1 mỗi lớp có chiết suất n j, chiều dày dj, chiết suất của đế ns, chiết suất mơi trường tia tới truyền qua là n m, góc tia tới θ, bước sóng của ánh sáng λ. Biên độ hệ số phản xạ r và hệ số truyền qua t được xác định theo các cơng thức sau: (2.1) Và (2.2) Trong đó: (2.3) , tương ứng là véc tơ điện trường và véc tơ từ trường trong mơi trường tia tới, và M là ma trận được tính bởi: M=ML.ML1…Mj…M2.M1 (2.4) Trong cơng thức trên thì ma trận Mj là một ma trận cấp 2x2 của lớp màng thứ j của màng: (2.5) Trong đó: (2.6) với njdjcosθj là chiều dày quang học của lớp thứ j với góc khúc xạ là θj Trong cơng thức (2.1), (2.3) η đặc trưng cho sự dẫn nạp của đế, mơi trường, hoặc các lớp màng được tính theo cơng thức: (2.7) Phụ thuộc vào bức xạ ánh sáng tới mặt phẳng tới là phân cực song song (p) hay phân cực vng góc (s). Góc θj có liên hệ với góc tới θ0 theo định luật Snell: nm.sinθ0=nj.sinθj => (2.8) Cường độ hệ số truyền qua và phản xạ được xác định bởi cơng thức sau: (2.9) (2.10) và pha của hệ số truyền qua và hệ số phản xạ, ΦT và ΦR xác định bởi: ΦT= arg (t ) (2.11) ΦR= arg (r ) (2.12) Đối với vật liệu các lớp là các vật liệu khơng hấp thụ thì R+T=1. Đối với vật liệu các lớp là các vật liệu hấp thụ có chiết suất thì hệ số hấp thụ A=1 T R. Trong đó k là hệ số tắt của vật liệu 2.2 Kết quả tính tốn Trong bài báo này tác giả tính tốn màng khử phản xạ 3 lớp sử dụng cặp vật liệu SiO2/SiO, dải bước sóng trong vùng ánh sáng làm việc λ=400…1000 nm Màng khử phản xạ ba lớp được cấu trúc theo: Air|L HH L|Glass Chiết suất: n1n1, n3