在工件上形成光學(xué)膜的方法及其設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在工件上形成各種功能光學(xué)膜的方法及其設(shè)備。該方法為脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法，其包括如下步驟：a.將工件固定在密封微波罩中，并對密封微波罩抽真空；b.向密封微波罩中通入氧氣，并向密封微波罩中導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)一定時間；c.再向密封微波罩中通入含有成膜組分元素的氣體，并繼續(xù)通入氧氣以及持續(xù)導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)一定時間后，即停止向密封微波罩中通入氣體并停止導(dǎo)入脈沖微波；本發(fā)明脈沖等離子氣相化學(xué)沉積法具有很高的沉積效率，整個工藝時間只需幾分鐘，所以生產(chǎn)效率很高；成膜前氧氣的等離子體對工件表面進(jìn)行等離子化清洗和表面活性化處理，使得膜層附著力大大提高，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利說明】在工件上形成光學(xué)膜的方法及其設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明屬于燈具【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及燈珠及燈杯表面成膜技術(shù)，特指在工件上形成光學(xué)膜的方法及其設(shè)備。

【背景技術(shù)】
:
[0002]目前，通用的燈珠外表面制備紅外截止膜方法和燈杯內(nèi)表面制備紅外透射膜的方法都是采用物理真空蒸鍍。制備紅外截止膜和紅外透射膜是分別將二氧化硅(S12)和二氧化鈦(T12)固體顆粒物通過電子槍加熱氣化，在真空腔體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓盤上放有燈珠或燈杯，氣化后的二氧化鈦(T12)和二氧化硅(S12)遇冷附著在燈珠外表面或燈杯的內(nèi)表面，只是通過蒸發(fā)量控制膜層厚度并最終生成結(jié)構(gòu)和層數(shù)不同的紅外截止膜或者紅外透射膜。
[0003]現(xiàn)有的方法和成膜設(shè)備，主要存在以下不足之處:
[0004]其一，燈珠外玻璃表面沒有經(jīng)過活化和潔凈化處理，使得膜層附著度不夠，燈絲通電后發(fā)出高熱，燈珠表面溫度可達(dá)450度，膜層很容易脫落失效；
[0005]其二，需要額外的加熱源，要一直給被處理的燈珠或燈杯加熱；
[0006]其三，由于沉積速度慢，導(dǎo)致工藝時間很長，需要幾個小時；
[0007]其四，氣化后的二氧化硅(S12)和二氧化鈦(T12)由于沒有導(dǎo)向性，造成旋轉(zhuǎn)圓盤中心部分和邊緣部位的燈珠或者燈杯附著的二氧化硅(S12)和二氧化鈦(T12)這兩種物質(zhì)沉積量不均勻；
[0008]其五，燈珠的外表面或者燈杯的內(nèi)表面膜層厚度不均勻，達(dá)不到質(zhì)量要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0009]本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足之處，解決膜層遇高溫脫落和沉積量不均勻等問題，提出了一種脈沖等離子化學(xué)氣相沉積的方法。
[0010]本發(fā)明實現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案是:一種在工件上形成光學(xué)膜的方法，該方法為脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法，其包括如下步驟:
[0011]a.將工件固定在密封微波罩中，并對密封微波罩抽真空；
[0012]b.向密封微波罩中通入氧氣，并向密封微波罩中導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)一定時間；
[0013]c.再向密封微波罩中通入含有成膜組分元素的氣體，并繼續(xù)通入氧氣以及持續(xù)導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)一定時間后，即停止向密封微波罩中通入氣體并停止導(dǎo)入脈沖微波。
[0014]上述方法中，所述的含有成膜組分元素的氣體為氣態(tài)六甲基氧二硅烷或氣態(tài)四甲基氧二硅烷或硅烷和氣態(tài)四氯化鈦。
[0015]所述步驟a中對密封微波罩抽真空達(dá)到真空度為KT1Iiibar至10_3mbar即停止抽真空。
[0016]所述的光學(xué)膜所含的成膜物質(zhì)為二氧化硅、二氧化鈦、五氧二鉭、二氧化鋯、三氧化二鎳、氧化鎳、五氧化二鈮、二氧化鉿、三氧化二鋁中的任意一種。
[0017]所述步驟b中反應(yīng)時間為10秒?60秒；步驟c中反應(yīng)時間為5秒?200秒。
[0018]本發(fā)明方法利用含有硅化物(Si+)或鈦化物(Ti+)等成分的氣體在工作腔體內(nèi)通過脈沖微波能量的作用，生成等離子體并與氧離子進(jìn)行不同分子之間的化學(xué)反應(yīng)并重新生成新物質(zhì)二氧化硅(S12)和二氧化鈦(T12),并沉積在工件表面，形成所需功能的薄膜。
[0019]本發(fā)明還提供了一整套在工件上形成光學(xué)膜的設(shè)備，該設(shè)備具有一機(jī)座，于所述機(jī)座上設(shè)有一密封微波罩，密封微波罩連接有輸氣管道和真空泵；所述密封微波罩內(nèi)安裝有工件固定夾，且所述密封微波罩上方依次安裝有天線、同軸機(jī)構(gòu)、以及模式轉(zhuǎn)換器，且所述模式轉(zhuǎn)換器通過波導(dǎo)管連接有微波發(fā)生源。
[0020]所述的天線為單天線或者“Y”形天線或者“X”形天線或者雙“X”形天線。
[0021]所述模式轉(zhuǎn)換器為方形波導(dǎo)轉(zhuǎn)同軸的模式轉(zhuǎn)換器。
[0022]所述的波導(dǎo)管為方形波導(dǎo)管。
[0023]所述的微波發(fā)生源為脈沖微波發(fā)生源。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在:
[0025]1.因氧氣被電離時產(chǎn)生高能等離子體會對工件加熱，因此不需要額外的加熱源來給工件加熱，所以工藝設(shè)備比較緊湊；
[0026]2.本發(fā)明脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法具有很高的沉積效率，整個工藝時間只需幾分鐘，所以生產(chǎn)效率很高；
[0027]3.成膜前氧氣的等離子體對工件表面進(jìn)行等離子化清洗和表面活性化處理，使得月旲層附著力大大提聞，從而提聞了廣品質(zhì)量；
[0028]4.由于等離子體在作用區(qū)能量分布均勻，因此工件表面各處沉積的膜層厚度一致，膜層具有絕對的均勻性，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量；而且，正因為等離子體分布的均勻性，使得本發(fā)明工藝和設(shè)備可對形狀復(fù)雜的3D工件表面進(jìn)行成膜處理；
[0029]5.本發(fā)明成膜所需的反應(yīng)原材料比較容易獲得，此工藝極容易控制，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求，可方便地控制薄膜的成分和特性，因此靈活性較大；
[0030]6.本發(fā)明還可適用于在工件表面形成各種功能的光學(xué)膜，具有廣泛的應(yīng)用前景。【專利附圖】

【附圖說明】:
[0031]圖1是本發(fā)明一種實施例設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明另一種實施例設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
:
[0033]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0034]本發(fā)明首先公開了一種在工件上形成光學(xué)膜的方法，該方法為脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法，本實施例以形成紅外截止膜或紅外透射膜為例，具體包括如下步驟:
[0035]a.將工件固定在密封微波罩中，并對密封微波罩抽真空；待密封微波罩內(nèi)真空度達(dá)到ICr1Iiibar至lCr3mbar時停止抽真空；
[0036]b.向密封微波罩中通入氧氣，并向密封微波罩中導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)時間為10秒?60秒，具體可視工件大小而定；此過程中，脈沖微波作用于密封微波罩中的氧氣而產(chǎn)生氧氣等離子體，氧氣等離子體作用于工件并對工件表面進(jìn)行清洗和表面活化處理；
[0037]c.再向密封微波罩中通入含有成膜組分元素的氣體，并繼續(xù)通入氧氣以及持續(xù)導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)時間為5秒?200秒后，即停止向密封微波罩中通入氣體并停止導(dǎo)入脈沖微波；此過程中，兩種混合氣體在脈沖微波的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，脈沖微波在工件需要沉積薄膜的區(qū)域產(chǎn)生均勻的高密度能量，高密度能量電離六甲基氧二硅烷(HMDSO)或四氯化鈦(TiCl4)和氧氣(O2)分子，破壞了兩種氣體分子的鍵能，使得兩種氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)沉積了厚度5_300nm的二氧化硅(S12)或二氧化鈦(T12)薄膜，薄膜相互疊加2-200次即可在燈珠外表面生成紅外截止膜和在燈杯內(nèi)表面生成紅外透射膜，待工件冷卻后取出即可。
[0038]上述方法中，所述的含有成膜組分元素的氣體為氣態(tài)六甲基氧二硅烷(HMDSO)或氣態(tài)四氯化鈦(TiCl4)。其中氣態(tài)六甲基氧二硅烷中含有硅元素，用于在燈珠上形成紅外截止膜，使光譜中紅外線反照回?zé)糁閮?nèi)的鎢絲進(jìn)行二次加熱，提高燈珠光效；氣態(tài)四氯化鈦中含有鈦元素，用于在燈杯上形成紅外投射膜，使光譜中紅外線投射到燈杯外散熱，減少照明區(qū)熱量，而可見光部分則反射回照明區(qū)，提高照明區(qū)亮度。
[0039]所述步驟a中對密封微波罩抽真空達(dá)到真空度為KT1Iiibar至10_3mbar即停止抽真空。
[0040]本發(fā)明方法利用含有硅化物(Si+)或鈦化物(Ti+)的氣體在工作腔體內(nèi)通過脈沖微波能量的作用，生成等離子體并與氧離子進(jìn)行不同分子之間的化學(xué)反應(yīng)并重新生成新物質(zhì)二氧化硅(S12)和二氧化鈦(T12),并沉積在工件表面，形成所需功能的薄膜。
[0041]本方法中，根據(jù)所需要的膜層的光學(xué)特性，可通過控制氣體的流量、脈沖微波強(qiáng)度、密封微波罩真空度以及沉積反應(yīng)的時間等，達(dá)到控制每層膜層的厚度以及膜層的層數(shù)等目的，從而在工件表面形成所需功能和符合光學(xué)特性的膜層。
[0042]本方法中，所述的含有成膜組分元素的氣體還可以為氣態(tài)五氧二鉭(Ta2O5)、氣態(tài)二氧化鋯(ZrO2)、氣態(tài)三氧化二鎳(Ni2O3)、氣態(tài)氧化鎳(N1)，氣態(tài)五氧化二鈮(Nb205)、氣態(tài)二氧化鉿(Hf02)、氣態(tài)三氧化二鋁(A1203)，以形成相應(yīng)功能的膜層。
[0043]本發(fā)明所述的脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法可通過如圖1或圖2所示的設(shè)備實現(xiàn)。如圖1或圖2所不,該設(shè)備具有一機(jī)座1，于所述機(jī)座I上設(shè)有一密封微波罩2,密封微波罩2連接有輸氣管道21和真空泵3，輸氣管道21可外接至少兩個支氣管道，以分別通入反應(yīng)氣體；其中，圖1實施例中輸氣管道21是頂置式的，適用于在工件外表面成膜；而圖2實施例中輸氣管道21則為底置式，工件9扣于輸氣管道21的出口上，適用于在工件9的內(nèi)表面成膜。所述密封微波罩2內(nèi)安裝有工件固定夾22，且所述密封微波罩2上方依次安裝有天線4、同軸機(jī)構(gòu)5、以及模式轉(zhuǎn)換器6,本實施例中模式轉(zhuǎn)換器6為方形波導(dǎo)轉(zhuǎn)同軸的模式轉(zhuǎn)換器；所述模式轉(zhuǎn)換器6通過波導(dǎo)管7連接有微波發(fā)生源8。所述的波導(dǎo)管7為方形波導(dǎo)管。本實施例采用的微波發(fā)生源8是脈沖微波發(fā)生源，其供應(yīng)的等離子發(fā)生器的數(shù)量可以是 1、2、4、8、16...個不等。
[0044]其工作過程如下:微波發(fā)生源8產(chǎn)生脈沖微波經(jīng)過波導(dǎo)管7導(dǎo)入模式轉(zhuǎn)換器6，模式轉(zhuǎn)換器6以及同軸機(jī)構(gòu)5把脈沖微波傳輸?shù)姆绞接煞叫尾▽?dǎo)方式轉(zhuǎn)換到同軸傳輸方式，然后通過天線4發(fā)到下面，穿過能使微波穿透的材料所制的密封微波罩2內(nèi)，脈沖微波對密封微波罩2內(nèi)的氣體電離作用產(chǎn)生等離子體，從而使密封微波罩2內(nèi)形成等離子作用區(qū)。當(dāng)工件9置于密封微波罩2的工件固定夾22后，先對密封微波罩2利用真空泵3抽真空，達(dá)到一定真空度后，經(jīng)輸氣管道21通入氧氣，由通入的氧氣被脈沖微波作用產(chǎn)生的氧氣等離子體作加熱、表面清潔和表面活化處理；然后，通入的反應(yīng)氣體和氧氣被電離作用產(chǎn)生的如硅等離子體或鈦等離子體與氧等離子體結(jié)合，在工件9表面沉積形成成分為S12或T12的紅外截止膜或紅外透射膜。
[0045]其中，所述的天線4可以是單天線或者“Y”形天線或者“X”形天線或者雙“X”形天線，即單臺微波發(fā)生源8所配的天線形狀。采用“Y”形天線或者“X”形天線或者雙“X”形天線，其可以使導(dǎo)入密封微波罩2中的脈沖微波分布更均勻，而且可適合多個工件一起沉積附著成I旲，大幅提聞生廣效率。
[0046]綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在:
[0047]1.因氧氣被電離時產(chǎn)生高能等離子體會對工件加熱，因此不需要額外的加熱源來給工件加熱，所以工藝設(shè)備比較緊湊；
[0048]2.本發(fā)明脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法具有很高的沉積效率，整個工藝時間只需幾分鐘，所以生產(chǎn)效率很高；
[0049]3.成膜前氧氣的等離子體對工件表面進(jìn)行等離子化清洗和表面活性化處理，使得月旲層附著力大大提聞，從而提聞了廣品質(zhì)量；
[0050]4.由于等離子體在作用區(qū)能量分布均勻，因此工件表面各處沉積的膜層厚度一致，膜層具有絕對的均勻性，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量；而且，正因為等離子體分布的均勻性，使得本發(fā)明工藝和設(shè)備可對形狀復(fù)雜的3D工件表面進(jìn)行成膜處理；
[0051]5.本發(fā)明成膜所需的反應(yīng)原材料比較容易獲得，此工藝極容易控制，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求，可方便地控制薄膜的成分和特性，因此靈活性較大；
[0052]6.本發(fā)明還可適用于在工件表面形成各種功能的光學(xué)膜，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種在工件上形成光學(xué)膜的方法，其特征在于:該方法為脈沖等離子化學(xué)氣相沉積法，其包括如下步驟: a.將工件固定在密封微波罩中，并對密封微波罩抽真空； b.向密封微波罩中通入氧氣，并向密封微波罩中導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)一定時間； c.再向密封微波罩中通入含有成膜組分元素的氣體，并繼續(xù)通入氧氣以及持續(xù)導(dǎo)入脈沖微波，反應(yīng)一定時間后，即停止向密封微波罩中通入氣體并停止導(dǎo)入脈沖微波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在工件上形成光學(xué)膜的方法，其特征在于:所述的含有成膜組分元素的氣體為氣態(tài)六甲基氧二硅烷或氣態(tài)四甲基氧二硅烷或硅烷和氣態(tài)四氯化鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在工件上形成光學(xué)膜的方法，其特征在于:所述步驟a中對密封微波罩抽真空達(dá)到真空度為KT1Iiibar至10_3mbar即停止抽真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在工件上形成光學(xué)膜的方法，其特征在于:所述的光學(xué)膜所含的成膜物質(zhì)為二氧化硅、二氧化鈦、五氧二鉭、二氧化鋯、三氧化二鎳、氧化鎳、五氧化二鈮、二氧化鉿、三氧化二鋁中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在工件上形成光學(xué)膜的方法，其特征在于:所述步驟b中反應(yīng)時間為10秒?60秒；步驟C中反應(yīng)時間為5秒?200秒。
6.—種在工件上形成光學(xué)膜的設(shè)備，其特征在于:該設(shè)備具有一機(jī)座(I)，于所述機(jī)座(I)上設(shè)有一密封微波罩(2)，密封微波罩(2)連接有輸氣管道(21)和真空泵(3);所述密封微波罩(2)內(nèi)安裝有工件固定夾(22)，且所述密封微波罩(2)上方依次安裝有天線(4)、同軸機(jī)構(gòu)(5)、以及模式轉(zhuǎn)換器￠)，且所述模式轉(zhuǎn)換器(6)通過波導(dǎo)管(7)連接有微波發(fā)生源⑶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在工件上形成光學(xué)膜的設(shè)備，其特征在于:所述的天線(4)為單天線或者“Y”形天線或者“X”形天線或者雙“X”形天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在工件上形成光學(xué)膜的設(shè)備，其特征在于:所述的模式轉(zhuǎn)換器(6)為方形波導(dǎo)轉(zhuǎn)同軸的模式轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在工件上形成光學(xué)膜的設(shè)備，其特征在于:所述的波導(dǎo)管(7)為方形波導(dǎo)管。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在工件上形成光學(xué)膜的設(shè)備，其特征在于:所述的微波發(fā)生源(8)為脈沖微波發(fā)生源。
【文檔編號】C23C16/515GK104233235SQ201310223421
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】高忠義 申請人:惠州歐博萊光電技術(shù)有限公司