本文主要是對TiO2在e 型電子槍蒸鍍時的掃描模式設(shè)定進(jìn)行了研究，以此來調(diào)整TIO2在真空鍍膜時的特性，保證TiO2在形膜過程中獲得相對穩(wěn)定的良好狀態(tài)。

　　TiO2靶材作為一種重要的功能薄膜材料，由于其獨特的光催化性和超親水性，可用于光催化降解有機(jī)物、抗菌防污、除霧、自清潔等。又由于其獨特的光學(xué)、電導(dǎo)等性質(zhì)和優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗一般介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕，已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、傳感器等領(lǐng)域。因此，TiO2 靶材的用于光學(xué)薄膜的制備一直深受科研人員的關(guān)注。本文主要對TiO2在e型電子槍蒸鍍時的掃描模式的設(shè)定進(jìn)行了研究。

1、設(shè)備簡介

　　在實驗中采用的是韓國因泰克I350大型真空鍍膜機(jī)可以蒸鍍多種金屬靶材。其真空室左右兩端各配有兩個10kW e 型電子槍蒸發(fā)源，可蒸鍍各種金屬氧化物和非金屬氧化物。兩個e 型電子槍蒸發(fā)源分別配有兩個不用型號坩堝，其中一個為475cc 單穴帶有槽形坩堝，可自動旋轉(zhuǎn)進(jìn)行連續(xù)運動和倒轉(zhuǎn)，沒配有自封閉式蓋板；另一個為40cc 六穴坩堝，同樣可自動旋轉(zhuǎn)進(jìn)行連續(xù)運動和倒轉(zhuǎn)，配有自封閉式蓋板。

2、e型電子槍的工作原理

　　e型電子槍由直線狀螺旋鎢陰極，柵極和陽極組成。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為可以利用利用磁場對電子的偏轉(zhuǎn)作用，使燈絲發(fā)射的電子束在電場和磁場的雙重作用下，從電子束發(fā)生器偏轉(zhuǎn)后打到坩堝中，將坩堝中的靶材加熱，產(chǎn)生蒸汽流，鍍制到基片上。因為電子束發(fā)生器不處在蒸發(fā)空間，其電極，襯底和待蒸發(fā)靶材之間的相互污染大為減小，同時也可使氣體放電的可能性降低。

3、TiO2在e型電子槍掃描模式的設(shè)定

　　3.1、單點掃描模式

　　TiO2靶材在如圖1 所示單點掃描模式下1號位置，由于是單點掃描模式，在預(yù)熔的時候能量過于集中，會把坩堝的的靶材轟擊四濺，飛濺的靶材會掉落在坩堝的邊緣，當(dāng)此號坩堝的蒸鍍完成，需要轉(zhuǎn)換坩堝時，掉落的靶材會卡住坩堝，使坩堝無法轉(zhuǎn)動。或者會造成坩堝轉(zhuǎn)動滯后，于設(shè)定的位置有錯位等現(xiàn)象出現(xiàn)。如果把e型電子槍的功率降低，自動預(yù)熔時靶材四濺的現(xiàn)象有所緩解，但是在蒸鍍的過程中，整個小坩堝表面的靶材不能完全熔解，導(dǎo)致蒸鍍零件表面有黑色的斑點。通過實驗證明，由于TiO2 的靶材特性不適合這種掃描模式。

圖1 單點掃描模式　圖2 單列掃描模式

　　3.2、單列掃描模式

　　TiO2靶材在如圖2 所示單列掃描模式下，e型電子槍的光斑軌跡不在是單點掃描，而是進(jìn)行單列掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→1。此光斑軌跡非閉合循環(huán)曲線，所以可能會有少量飛濺的現(xiàn)象出現(xiàn)。單列掃描模式最上端和最下端都分別有一個掃描單元的預(yù)留量，防止靶材在蒸鍍過程中，靶材蒸鍍過多，使坩堝被e型電子槍光斑所掃描，引起坩堝邊緣被蒸鍍的錯誤出現(xiàn)通過實驗證明，此種掃描模式和單點掃描模式出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，雖然靶材飛濺的現(xiàn)象有所緩解，但不能徹底的根除，不適合大規(guī)模的集約化的生產(chǎn)。所以單列掃描模式也不適用TiO2這種高熔點金屬靶材上。

　　3.3、方形掃描模式

　　TiO2靶材在如圖3 所示矩形掃描模式下，e型電子槍的光斑軌跡不再是單列掃描，而是進(jìn)行方形循環(huán)掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→8→1。此種掃描模式由于是閉合循環(huán)掃描，所以不會出現(xiàn)飛濺的現(xiàn)象。通過實驗證明，此種掃描模式和單點掃描模式、單列掃描模式比較，靶材飛濺的現(xiàn)象基本上消除，但光斑掃描路徑范圍過小，在自動預(yù)熔的過程中，坩堝邊緣地方出現(xiàn)未溶解的現(xiàn)象，影響最后的成膜質(zhì)量。實驗人員曾經(jīng)做過實驗，在自動預(yù)熔之前，更改工藝流程，加上一個手動預(yù)熔的工序，但是效果并不明顯，在實際的光學(xué)鍍膜中，還會出現(xiàn)TiO2邊緣并未熔解，或者邊緣熔解滯后等現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以方形掃描模式也不能使用在TiO2 這種高熔點金屬靶材上。

圖3 方形掃描模式　圖4 矩形掃描模式

　　3.4、矩形掃描模式

　　TiO2靶材在如圖4 所示矩形掃描模式下，e型電子槍的光斑軌跡不再是方形掃描，而是進(jìn)行矩形循環(huán)掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→15→16→1。此種掃描模式也屬于閉合循環(huán)掃描，同樣不會出現(xiàn)飛濺的現(xiàn)象。通過實驗證明，此種掃描模式和單點掃描模式、單列掃描模式比較，靶材飛濺的現(xiàn)象基本上消除，但光斑掃描路徑過窄，在自動預(yù)熔的過程中，坩堝邊緣個別地方可能會出現(xiàn)未溶解的現(xiàn)象。最終可能會的成膜質(zhì)量，實驗人員在做此類TiO2 的掃描模式編輯時一共進(jìn)行了20多次的實驗，其中出現(xiàn)過3 次坩堝邊緣未熔解的現(xiàn)象，經(jīng)檢驗發(fā)覺試玻片的光學(xué)薄膜上，有少量的黑斑出現(xiàn)。而TiO2邊緣熔解的光學(xué)薄膜上未出現(xiàn)此類的黑斑。所以矩形掃描模式也不推薦使用在TiO2 這種高熔點金屬靶材上。

　　3.5、多邊形掃描模式

　　TiO2靶材在如圖5 所示多邊形掃描模式下，e 型電子槍的光斑軌跡不再是矩形掃描，而是進(jìn)行多邊形循環(huán)掃描，光斑軌跡路徑是：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→15→16→1。此種掃描模式由于是閉合循環(huán)掃描，所以不會出現(xiàn)飛濺的現(xiàn)象。通過實驗證明，此種掃描模式和單點掃描模式、單列掃描模式比較，靶材飛濺的現(xiàn)象基本上消除，而且光斑掃描路徑范圍適中，在自動預(yù)熔的過程中，坩堝邊緣沒有出現(xiàn)未溶解的現(xiàn)象，而且在遮擋板打開前，靶材處于充分熔解的狀態(tài)。由于本實驗每次蒸鍍所加的TiO2為小顆粒狀靶材，所以為了更好的熔解靶材，應(yīng)該在自動預(yù)熔的前面加上手動預(yù)熔的工序，這樣可以獲得更好的成膜質(zhì)量。所以多邊形掃描模式適用于TiO2這類高熔點的金屬靶材上。

圖5 多邊形掃描模式

　　e型電子槍控制系統(tǒng)還可以控制單點的延遲時間來減少掃描的頻率，以便某一個點位置，獲得能量相對均勻的光斑。但是單點的延遲時間不能太長，以防止預(yù)熔靶材能量過于集中，引起靶材四濺的現(xiàn)象。實驗人員根據(jù)圖5 多邊形掃描模式，對延遲時間和掃描頻率進(jìn)行了實驗，如表1所示。

表1 延遲時間設(shè)定

4、結(jié)論

　　通過多次對TiO2掃描模式的設(shè)定，最終找出多邊形掃描模式最適用于TiO2這種高熔點的金屬靶材。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為通過此種掃描模式，可以使e 型電子槍蒸鍍TiO2靶材時，得到理想的成膜曲線，從而解決蒸鍍TiO2時，靶材四濺卡死坩堝以及由于TiO2蒸鍍過快，而使形成膜層后TiO2的中心波長偏移的情況。