臺灣博碩士論文加值系統

早在1817年，Fraunhofer已經開始利用酸蝕法，來製作抗反射膜。但是，光學薄膜真正的發展是在1930年代真空蒸鍍設備出現之後。其後，由於軍事上的需求，大幅度地助長了光學薄膜的開發。至今，任何的光學元件很少有不需要光學鍍膜的，因為它能改善原來光學元件的性能。
近年來，由於微影技術的長足進步，以及太空科技的廣泛應用，因此，光學薄膜在短波長範圍內的應用，引起了相當大的討論。在太空遙測方面，科學家利用紫外光波段來探索高空大氣閃電中的未知現象，如紅色精靈(red sprit)的量測，或是赫金斯(Huggins)吸收帶與臭氧含量的量測等，在波長300∼400nm紫外光區內，光學薄膜的諸多應用是不可忽視的重要技術之一。
在此論文中，我們利用電子槍熱蒸鍍系統，來製作由三氧化二鋁(Al2O3)與二氧化矽(SiO2)兩種材料所組合而成的紫外光薄膜，以便探討膜層在300∼400nm紫外光區內的穿透率、折射率和消光係數等光學參數。對於力學特性如薄膜表面的微觀結構、表面粗糙度等，以及薄膜的結晶性，也作了一系列的研究與討論。我們還利用這兩種材料製作紫外光抗反射膜，期能在300∼400nm的紫外光波段內，製造出好的光學薄膜，以便提供給紫外光區的研究之用。

Early in 1817, Fraunhofer had made the anti-reflection thin films with acid-corrosion method. However, the optical films were not developed well until the vacuum deposition equipment appears. Since that application of the optical thin films were widely used due to the military requirements.
Recently, because of the progress of rapid lithography technique and the applications in space science, the optical thin films were enormously studied for UV applications. In the space telemetry, for example, the scientists explore the unknown phenomenon of lighten in the space, the measurements of the red sprit, the Huggins absorption bands. Hence, the optical thin films become a very important technology in UV applications.
In this thesis, Al2O3 and SiO2 optical thin films for UV applications deposited by e-beam evaporation technique were studied. We had executed a series of measurements on the optical constants of refractive index, extinction coefficient, and transmittance to study the optical properties of the materials, and scanned the sample surface to understand the amorphousness and surface roughness of the microstructure. For this study, the AR coatings composed of Al2O3 and SiO2 thins for UV applications were prepared. Passing through this study, we expect to obtain more information about the optical thin films in UV applications in the future.

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目錄 iv
表錄 vi
圖錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 文獻回顧 1
1.2 研究動機 2
1.3 實驗目的 3
第二章 原理 4
2.1 材料透明區 4
2.2 Al2O3與SiO2材料特性 7
2.3 蒸鍍變數 8
2.3.1 基板清潔 8
2.3.2 真空度與充氧量 8
2.3.3 基板溫度 9
2.4 薄膜的光學特性與膜矩陣 9
2.5 平均自由程(mean free path，L) 17
2.6 電場分布 19
第三章 實驗裝置與量測儀器 20
3.1 蒸鍍系統 20
3.1.1 真空系統 20
3.1.2 電子槍蒸鍍系統 20
3.1.3 膜厚監控系統 25
3.2 量測系統 26
3.2.1 紫外光/可見光/近紅外光 光譜儀 26
3.2.2 橢圓偏振儀 27
3.2.2.1橢圓偏振儀原理 27
3.2.2.2橢圓偏振儀之架構 31
3.2.3 原子力顯微鏡(AFM) 33
3.2.3.1原子力顯微鏡原理 33
3.2.3.2原子力顯微鏡架構圖 35
3.2.4 X光繞射儀(XRD) 36
第四章 實驗架構與方法 37
4.1 實驗架構 37
4.2 基板準備工作 38
4.3 控制參數 38
第五章 實驗結果與討論 39
5.1 Al2O3薄膜實驗結果與討論 39
5.1.1 穿透率光譜圖之分析 39
5.1.2 表面粗糙度之分析 42
5.1.3 結晶性的量測 46
5.1.4 折射率與消光係數之分析 47
5.2 SiO2薄膜實驗結果與討論 49
5.2.1 穿透率光譜圖之分析 49
5.2.2 表面粗糙鍍之分析 51
5.2.3 結晶性的量測 54
5.2.4 折射率與消光係數之分析 55
第六章 光學薄膜的設計與應用 57
6.1 抗反射膜設計 57
第七章 結論 61
7.1 結果討論 61
7.2 未來研究方向 64
參考文獻 65

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