长距离溅射的高反射率大型望远镜镜面涂层

下一代的大型望远镜需要耐用的高反射镜，均匀且衬底直径超过8米。

传统上，蒸发涂层需要宽源覆盖率和高沉积速率，以有效地蒸发反射涂层。此外，需要采取极端护理以防止倾斜角度蒸发，这可能导致柱状结构的生长并减少反射率。

溅射技术

溅射技术是一种独特的技术，为大型基底上的单层和多层反射涂层提供了合适的解决方案。长抛射溅射是一种广泛应用于半导体工艺的技术，与蒸发镀膜相比，长抛射溅射可以提高镀层的密度和附着力。

这种技术在整个镜面曲率上创建统一的涂层，需要最小的掩蔽。然而，铝的长抛射溅射尚未有效地应用于大型望远镜的应用。短投溅射是另一种需要增加设备能力和复杂掩蔽来补偿镜面曲率的技术。

本文演示了一系列的实验来评估远抛溅射参数对镜面反射率的影响，并与传统的前表面铝镜面进行了比较。

实验的程序

标准Dynavac 36“光学涂层系统用于执行所有实验;使用了两种不同的实验配置。第一个实验设置使用两种2“直径材料科学偏振片Gen II磁控溅射来源。亚博网站下载亚博老虎机网登录

第一磁控管（磁控管1）垂直放置，以在水平玻璃测试上溅射材料直接在磁控管上方固定30cm。第二磁控管（磁控管2）放置在与磁控管1的相同的水平面中，40cm。

然后向玻片倾斜以增加速率，入射角为~53°。为了控制氩气进入磁控管的流量，两种磁控管均采用MKS 1179A质量流量控制器和1100铝溅射靶。

图1显示了腔室设置的基本图。

图1。实验装置的侧面示意图1.两个磁控管安装在平面H = 30cm以下水平玻璃载玻片下方和QCM传感器。标记为“Mag2”的第二磁控管是从标有“Mag1”的第一磁控管的距离d = 40cm。

磁控管由Advanced Energy 5kW MDX电源供电;沉积过程通过Dynavac基于Labview的控制软件进行控制。沉积速率是通过放置在同一水平面玻璃载玻片旁边的6 MHz前置负载双石英晶体监视器(QCM)来确定的。采用Inficon IC/5薄膜沉积控制器控制QCM。

然后将系统通过Brooks Bryogenics OB-400 Cryopump泵送，以提供约11米^3./净水蒸汽泵送到系统的秒。此外，液氮冷板直径的液氮冷板安装在腔室内以额外8M^3./水蒸汽丧失隆起的秒。所有的真空计量是通过配备CVG101工蜂对流增强皮拉尼真空计的Instrutech IGM402大黄蜂热阴极的Bayard-阿尔珀电离计来测定。

第二个实验设置使用单个2“直径材料科学偏振片II磁控溅射源，其水平地定位在系统中以提供D = 72.4cm掷距离亚博网站下载。亚博老虎机网登录

然后磁控管集成了一个99.999%的纯铝靶。接下来，玻片垂直放置在腔室中相同大小的安装支架使用Kapton磁带。安装支架设置在ThorLabs MSRP01/M Mini-Series旋转平台上，以精确控制相对于固定溅射阴极位置的入射角。

图2显示了实验设置的示意图。

图2。实验装置2的顶部示意图。单个磁控管在腔室中水平安装，D = 72.4cm从测试载玻片中。

图3。两个例子RGA扫描，有(橙色)和没有(蓝色)LN2冷板运行。两次扫描中最显著的峰是H₂当冷板低于-140ºC时，18 amu的O +离子，减少了两倍。

为了提供背景气体表征，AMETEK DYCOR DYMAION 50 AMU残留的气体分析仪（RGA）安装在腔室上。图3显示了两个示例扫描。

结果和讨论

Tencor AlphaStep 200自动步骤分布器用于测量所有测试幻灯片上的沉积厚度。然后对所有测试载玻片进行粘合性“胶带试验”，其通过所有载玻片通过。

溅射反射率的测量是在岛泽UV-2401PC UV-Vis记录分光光度计的帮助下进行的，该分光光度计带有Harrick近正入射镜面反射附件，波长从400到900nm。

接下来，在Agilent Cary 5000分光光度计上进行标准铝前表面镜的绝对反射测量，并且使用Thorlabs CPS180 1MW二极管激光器在635nm下进一步校正了这些测量，用Thorlabs Det36a偏置Si光电检测器量化为89.8％反思。

利用第一个实验装置，最初的测试试图确定在高入射角下的远距离溅射是否降低了反射率。结果如图4所示。

图4。磁控件1在600W和磁控硅2处产生的涂层反射率的比较。较长的速度距离将沉积速率降低（大于AR）^－2假设建议）。

第一磁控管以600W的稳定功率操作，其中35Sccm的氩气流入阴极。在沉积期间，腔室压力为2×10^－4在100nm沉积期间，在晶体监测器上确定2.08a / sec的平均沉积速率。

反射率绘制为图4中的蓝色曲线。同样，第二个磁控管2使用相同的参数操作，测试幻灯片反射率显示为橙色曲线。测量到相对反射率下降超过1%。

然而，由于增加了基板距离的源泉，沉积速率降低到0.39A /秒。结果，沉积时间从8到42分钟延伸到100nm沉积。

接下来，第一个磁控管在较低的恒定功率100W下运行，以复制类似的较低的沉积速率。在较高的溅射压力(7 × 10)下进行了类似的实验^－4Torr，65 sccm氩气），结果相应。

反射率的降低随着降低的速率而言意味着除铝之外的颗粒在反射涂层中被混合到反射涂层中。yabo214在图3中，蓝色RGA扫描表明水蒸气将是驾驶问题，并且腔室会显着受益于额外的水蒸气泵。

实验测试设置2有助于研究反射率的变化，并确保铝的恒定入射率。由于入射角增加，反射率降低。虽然随着入射角的增加，试验载玻片上的沉积铝的厚度也降低。

图5显示了测量的厚度与入射角的关系图。为了准确估计反射率和入射角之间与厚度和沉积速率无关的关系，还需要进行额外的测试。

图5。沉积厚度与入射角的关系。当石英晶体监视器厚度测量到1000A时，每个测试玻片的沉积停止。

实验装置1的结果表明，在涂覆大型望远镜镜时，入射角可能不是驾驶问题。结果，使用实验装置2产生一组涂层。

通过平均在400至900nm的量化波长范围内的每个测试滑块的反射率，可以更容易地观察到系统中额外的水蒸气泵送的效果。这些平均反射率在图6中绘制为延迟时间。

图6。环形关节样品的反射率作为第一层和第二层之间的延迟函数。第一层停止在80A处，第二层是20A。额外的水蒸气泵浦增强了基础涂层和环形接头的反射率。

用额外的水蒸气泵浦清楚地增强了零延迟镜的反射率和80％环形接头的劣化。这些结果提供了一种可行的原因，包括在铝长和短抛溅物室中包括大量的水蒸气泵送，以防止环形关节反射率问题。

结论

实验结果表明，水汽控制是制造耐用和高反射铝镜涂层的主要因素，也表明在低水分压环境下长抛溅射是非常有效的。

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30多年来，Dynavac一直在设计和制造用于蒸发、溅射和PECVD应用的薄膜沉积系统。系统配置可用于批量、内联和大面积沉积。我们以“从概念到委托”的能力著称，从最初的想法探索到全面服务调试，我们都与客户合作。

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