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，蒸发涂层需要广泛的源覆盖和高沉积速率来有效地蒸发反射涂层。此外，需要非常小心地防止倾斜角度蒸发，这可能会导致柱状结构的增长和降低反射率。

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

使用标准Dynavac 36”光学镀膜系统进行所有实验;使用了两种不同的实验配置。第一个实验装置使用两个2”直径的材料科学北极星Gen II磁控溅射源。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

第一个磁控管(磁控管1)垂直放置在溅射材料上的水平玻璃测试载玻片直接贴在磁控管上方30cm。第二个磁控管(磁控管2)放置在同一水平面上，与磁控管1相距40厘米。

然后朝向玻璃滑动件倾斜以增加率为53°的入射角。为了控制氩气流到磁控管的流动，两个磁控管都利用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所示。实验装置侧面示意图两个磁控管安装在一个平面h=30cm以下的水平玻片和QCM传感器。第二个磁控管标记为“Mag2”，距离第一个标记为“Mag1”的磁控管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，系统通过Brooks Cryogenics的OB-400低温泵泵送，提供大约1100米^3./秒的净水蒸汽泵到系统。另外，在腔室内安装直径180mm的液氮冷板8m^3./秒的水蒸气低温抽运。所有真空测量是通过仪器仪表IGM402大黄蜂热阴极Bayard-Alper电离计配备CVG101工人蜂对流增强皮拉尼计。

第二个实验装置使用一个直径为2”的材料科学Polaris Gen II磁控溅射源，该磁控溅射源水平放置在系统中，欧洲杯足球竞彩提供了欧洲杯线上买球d=72.4cm的投掷距离。

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。实验装置示意图2。一个磁控管水平安装在腔室中，距离测试幻灯片d=72.4cm。

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H₂O+离子在18 amu时，当冷板低于-140ºC时减少一倍。

为了提供背景气体特性，在腔体上安装了一个Ametek Dycor Dymaxion 50 amu残余气体分析仪(RGA)。图3显示了两个示例扫描。

结果和讨论

采用Tencor Alphastep 200自动步进轮廓仪测量所有测试载玻片上的沉积厚度。然后对所有测试幻灯片进行粘合“胶带测试”，所有幻灯片都通过了粘合测试。

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,绝对反射率测量标准的铝表面镜子安捷伦卡里5000分光光度计和执行这些测量进一步纠正在635 nm使用Thorlabs CPS180 1兆瓦二极管激光器量化与Thorlabs DET36A偏见Si打光检测器平均绝对反射率为89.8%。

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。600W磁控管1和600W磁控管2制备的涂层反射率比较较长的抛掷距离使沉积速率降低了5倍(大于ar)^－2假设建议)。

第一个磁控管在600W的稳定功率下工作，35 sccm的氩气流入阴极。沉积过程中，腔室压力为2×10^－４在100nm沉积期间，在晶体监视器上测定了平均沉积速率为2.08A/s。

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，由于源-基底距离的增加，沉积速率降低到0.39A/sec。因此，100nm的沉积时间从8分钟延长到42分钟。

接下来，在100W的较低恒定功率下操作第一磁控管以再现相似的较低沉积速率。在更高的溅射压力下进行类似的实验（7×10^－４Torr, 65 sccm氩气)与相应的结果。

反射率的降低和速率的降低意味着除铝以外的其他粒子混入了反射涂层。欧洲杯猜球平台在图3中，蓝色RGA扫描表明，水蒸气将是主要的担忧，并且腔室将从额外的水蒸气抽送中获得相当大的好处。

实验测试装置2有助于研究反射率随角度的变化，确保铝的入射率恒定。随着入射角的增大，反射率减小。随着入射角的增大，载玻片上沉积的铝层厚度减小。

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。沉积厚度作为入射角的函数。当测量石英晶晶体显示器厚度为1000A时，每个测试滑块的沉积停止。

实验结果表明，在大口径望远镜镜面镀膜时，入射角可能不是驱动因素。结果，使用实验装置2创造了一套涂层。

通过平均每个测试玻片在400到900nm的量化波长范围内的反射率，可以更容易地观察到系统中额外的水蒸气泵送的效果。由于延迟时间，这些平均反射系数绘制在图6中。

图6。环形接头样品的反射率在第一层和第二层之间的延迟函数。第一层停在80A，第二层停在20A。额外的水蒸气泵送提高了基础涂层和环形接头的反射率。

零延迟反射镜的反射率和80%环形接头的退化明显增强了额外的水蒸气泵送。这些结果为在铝长程和短程溅射室中引入大量水汽泵以防止环形接头反射率问题提供了可行的理由。

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。

关于Dynavac -高真空薄膜沉积

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。

这些信息来源于Dynavac的A. J. Bourque和J. H. Gurian的工作。

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