上海伯东 KRI 霍尔离子源实现无光谱偏移光学镀膜
上海伯东代理的美国Kaufman & Robinson离子源，可用于光学干涉薄膜沉积。通过提供低能量、高电流的离子束流，KRI离子源能有效提升薄膜致密度，从根本上消除因环境湿度变化导致的光谱偏移 问题，同时显著提高薄膜的机械强度和耐久性。本报告以在大型生产级镀膜系统中成功制备完全致密的二氧化铪/二氧化硅多层膜为例，证实了KRI eH3000等大电流离子源在工业生产中的高效性与可靠性。
行业挑战
传统蒸发技术制备的光学薄膜具有多孔结构，其折射率等光学参数对环境（尤其是湿度）极为敏感。这导致光学元件在不同环境下性能不稳定，产生光谱偏移，严重影响精密光学系统的可靠性与寿命。
技术解决方案：
离子辅助沉积 是解决上述问题的关键技术。通过在薄膜沉积过程中，使用离子源轰击正在生长的薄膜表面，可为其提供额外能量，从而：
a. 消除孔隙，获得致密膜层：模拟高温退火效应，即使在低温沉积下也能形成体材料般的无孔结构。
b. 锁定光学性能：致密结构阻止水分子渗透，确保光学性能（如折射率、中心波长）在不同湿度下保持稳定。
c. 增强机械性能：使薄膜更坚硬、更耐磨，通过严格的耐磨测试。
KRI 霍尔离子源的系统集成
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为实现最佳工艺效果，离子源的集成至关重要。
a. 系统配置: 在配备行星旋转系统的0.5-1.5米真空腔体中，将KRI端部霍尔离子源（如eH3000）安装在合理位置。
b. 均匀性保障: 通过精确建模（参考KRI技术报告TR-01）和调整离子源的位置与倾角，确保离子束流均匀覆盖整个基片表面。一个推荐的起始点是使离子源指向行星运动描述的内环边缘。
核心工艺参数解析
成功实现无光谱偏移镀膜需精确控制以下参数：
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参数
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目标与控制要点
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对工艺的影响
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离子能量
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低能量 (~100-150 eV)，由放电电压控制。
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能量过低则致密化不足；过高会导致吸收增加和缺陷。目标是使用能实现充分致密化的最低电压。
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离子束流
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高电流。束流约为放电电流的20%。
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提供足够的离子“剂量”来修饰膜层结构。大面积基片（如11米箱式镀膜机）可能需要高达5A的束流。
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工艺气体
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氧气用于氧化物沉积；可掺入惰性气体以优化。
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掺入10-20%的Ar，可利用其更大质量传递更高动量，显著改善致密化效果。如需更大动量，可使用Kr或Xe。
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沉积速率
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与离子束流共同决定离子/原子比率。
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在给定束流下，降低沉积速率相当于提高离子/原子比率，有利于获得更致密的膜层。需在产能与质量间取得平衡。
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成功案例：eH3000实现二氧化铪/二氧化硅多层膜无光谱偏移
工艺设定：
a. 系统: 45英寸（约1.1米）镀膜舱，行星旋转。
b. 离子源: KRI eH3000，配备空心阴极中和器。
c. 源参数: 放电电压150V，放电电流20A。
d. 气体: 85% O₂ + 15% Ar 混合气体。
e. 特点: 无额外基底加热，适用于热敏感基底并缩短生产周期。
成果与验证:
a. 单层二氧化铪膜: 在40%相对湿度和0%相对湿度（N₂ purge）下测量，光谱曲线完全重合，表明水汽无法渗入膜层，实现了完全致密化。
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单层二氧化铪在不同湿度下的透射率曲线
b. 九层二氧化铪/二氧化硅反射镜: 同样表现出零光谱偏移，证明了该工艺对复杂多层膜结构的有效性。
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九层反射镜在不同湿度下的透射率曲线
c. 机械性能: 镀膜件通过了严格的MIL-C-675耐磨测试。
结论
a. 卓越性能: KRI霍尔离子源（特别是eH3000等大电流型号）能提供足以在生产级电子束镀膜系统中完全致密化二氧化铪/二氧化硅多层膜的离子流。
b. 工艺灵活性: 当纯氧气无法满足致密化要求时，通过掺入Ar、Kr或Xe等更重气体，可在低电压下实现充分致密化，提供了关键的工艺调节手段。
c. 大规模应用能力: 通过精心的源布局与指向设计，可实现大尺寸基片上的均匀离子流分布，使KRI离子源成为大规模光学元件生产的高效且可靠的解决方案。
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