CN101845610B - 一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种新型的连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，通过底部热蒸发源将金属膜料蒸镀到热蒸发源上方的样品之上，其特征在于：在热蒸发源与样品输送机构之间设一狭缝型准直装置，将从热蒸发源射出的发散性金属分子过滤，形成垂直朝向样品基材的金属分子流；其中所述准直装置的狭缝深宽比小于样品基材表面浮雕结构的深宽比的一半。本发明的应用实施，只允许接近垂直方向飞行的金属分子沉积到基底材料表面，有利于减低或消除基底材料表面浮雕结构的侧壁沉积，避免浮雕结构顶部与底部的金属薄膜互连，增强形成金属线栅偏振技术所需要的双层金属线栅结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属镀膜的方法，尤其涉及一种限制金属分子飞行方向，用于在大面积基底材料表面实现连续垂直热蒸发金属镀膜方法。该方法针对基底材料表面浮雕结构的金属镀膜应用，可以解决在浮雕结构顶层与底层金属镀膜互连的问题。
背景技术
金属线栅偏振技术利用表面双层金属线栅结构实现对入射光的偏振分量过滤作用。双层金属线栅的制作方法是：首先在基底材料表面通过微纳米加工方法形成线栅形式的浮雕结构，线栅的宽度在微米或小于微米量级的尺度，然后通过金属镀膜在浮雕结构的上表面和开口底部形成双金属层。但目前的热蒸发金属镀膜方法。如图1所示，是在一个点蒸发源101，通过加热使金属熔化蒸发，金属分子在热动能驱动下飞向蒸发源上方的样品架102，在样品103表面沉积形成薄膜。由点蒸发源101蒸发形成的金属分子104呈发散状飞向上方的样品103表面(如图1所示)，对于蒸发源垂直上方的小面积样品，沉积薄膜厚度的均匀性和方向性较好。但对于大面积样品，离开蒸发源垂直上方中心区域的样品表面，金属薄膜的厚度均匀性与沉积垂直性变差。实际形成的表面双层金属线栅将如图2所示。由于金属分子的非垂直沉积，在基材表面浮雕结构201的侧壁形成金属薄膜沉积202，导致浮雕结构的上表面与开口底部的金属薄膜互相连接，使金属线栅的偏振功能失效。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，避免金属线栅在进行金属镀膜时发生浮雕结构上表面与开口底部金属薄膜互相连接，影响入射光偏振分量的过滤，提出了一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法。
为实现本发明的上述目的，其技术解决方案是：
一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，通过底部热蒸发源将金属膜料蒸镀到热蒸发源上方的样品之上，其特征在于：在热蒸发源与样品输送机构之间设一狭缝型准直装置，将从热蒸发源射出的发散性金属分子过滤，形成垂直朝向样品基材的金属分子流；其中所述准直装置的狭缝深宽比小于样品基材表面浮雕结构的深宽比的一半。
进一步地，前述一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其中该热蒸发源为一个以上对应于准直装置狭缝的坩埚一字排列形成阵列式结构。且该些坩埚呈几何线性结构，纵向尺寸大于横向尺寸且与被镀膜样品基材的宽幅相匹配，横向尺寸与所述样品基材表面浮雕结构的深宽比及所述准直装置狭缝的深宽比相关联；而该准直装置下端面与热蒸发源的距离D及蒸发源坩埚的横向尺寸w之间满足：
其中H为狭缝深度、G为狭缝宽度。
进一步地，前述一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其中该准直装置的狭缝为由两片带凹槽的平板拼接而成，两片以上的平板顺次拼接形成线性排列的狭缝。
进一步地，前述一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其中该样品基材的蒸镀表面与所述准直装置上端面间的距离L满足：L≤0.5H，其中H为狭缝深度。
进一步地，前述一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其中该样品输送机构为由双轴卷绕方式通过所述狭缝型准直装置上方。
进一步地，前述一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其中该样品基材表面浮雕结构的深宽比至少大于1。
上述本发明技术方案的运用，与现有技术相比具有的优点是：本发明只允许接近垂直方向飞行的金属分子沉积到基底材料表面，有利于减低或消除基底材料表面浮雕结构的侧壁沉积，避免浮雕结构顶部与底部的金属薄膜互连，增强形成金属线栅偏振技术所需要的双层金属线栅结构。
为使本发明一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明一较佳的具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本发明专利申请的保护范围不构成任何限制。
附图说明
图1是现有技术点蒸发源进行金属镀膜的工艺状态示意图；
图2是采用现有技术金属镀膜方法形成的双层金属线栅结构示意图；
图3是本发明连续垂直热蒸发金属镀膜装置的结构示意图；
图4是采用本发明金属镀膜方法形成的双层金属线栅结构示意图；
图5是图3所示各部件相对位置的示意图；
图6是本发明狭缝型准直装置其中的一段的三维结构示意图。
具体实施方式
为避免现有技术制造金属线栅的工艺中，在进行金属镀膜时发生浮雕结构上表面与开口底部金属薄膜互相连接的现象，影响入射光偏振分量的过滤，提出了一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法。
从传统镀膜方法的工艺来看：常规采用点蒸发源进行自下而上的金属薄膜蒸镀在小面积样品基材上，能获得均匀性、方向性较佳的沉积薄膜厚度。但对于大面积样品而言，越是离热蒸发源垂直上方中心区域越远的样品表面，金属薄膜的厚度均匀性和沉积方向性就变得越差。究其原因是：发散状的金属分子射流方向，极易沉积到样品基材浮雕结构的内侧壁，从而导致双层金属线栅的失效。
研究人员在认识到这一点后，出于限制热蒸发源射出金属分子的发散性，本发明提出了一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法。该金属镀膜工艺以传统技术为基础，仍然是一种自下而上的蒸发、沉积工艺，所不同的是：在热蒸发源与样品输送机构之间设一狭缝型准直装置，将从热蒸发源射出的发散性金属分子过滤，形成垂直朝向样品基材的金属分子流。其原理是：直线型金属热蒸发源蒸发形成的金属分子在热动能驱动下，以发散形式飞向蒸发源上方的基底材料，带有狭缝的准直装置将大角度飞行方向的金属分子阻挡，只有接近垂直方向运动的金属分子能够通过狭缝到达基底材料表面，沉积形成金属薄膜。大面积基底材料的沉积通过连续卷动输送基底材料的方式实现。如图4所示，实际形成的表面双层金属线栅结构，在基材表面浮雕结构401的侧壁形成金属薄膜沉积402。很明显地看出，由于金属分子的垂直沉积，浮雕结构的上表面与开口底部的金属薄膜完全没有连接到一起，从而使金属线栅的具有稳定、显著的偏振功能。
作为本发明的优选实施方式，本发明采用带有狭缝形开口的准直装置，与直线线型金属蒸发源和卷绕式基底材料连续输送机构配合，构成连续垂直热蒸发金属镀膜***。根据镀膜速率的要求，蒸发源与准直狭缝可以是单一的，也可以是阵列式的。如图3所示，是本发明连续垂直热蒸发金属镀膜装置的结构示意图。从图中所示可见：该线型金属热蒸发源301为一个以上对应于准直装置狭缝的坩埚一字排列阵列形式，每个热蒸发源的长度与基底材料的幅宽相匹配，数目与准直装置302的狭缝数目相同；而该准直装置302位于热蒸发源301与样品基底304之间，狭缝的长度与直线型蒸发源的长度匹配；狭缝的深度与宽度需满足蒸发的垂直度要求；此外，该基底材料连续输送机构303为双辊卷对卷形式，样品基材单方向输送通过准直狭缝上方，输送速率与金属薄膜沉积速率和所需要的沉积厚度相匹配。
具体来看：如图5所示，展现了各部件相对位置的示意图，即直线型热蒸发源501、狭缝型准直装置502和基材表面浮雕结构503的几何结构及相对位置。为保证热蒸发金属分子的垂直沉积，需满足的条件为：
第一：狭缝深度与宽度之比应小于基材表面浮雕结构的深宽比的一半，即满足
其中G是狭缝型准直装置的狭缝宽度，H是狭缝深度，g是基材表面浮雕结构的最小开口宽度，h是基材表面浮雕结构的最大深度；
第二：准直装置端面与所述的直线型热蒸发源的距离D，以及蒸发源的横向尺寸w之间应满足如下关系：
第三：基材被蒸发镀膜表面与所述的狭缝型准直装置的端面距离L应满足如下关系：L≤0.5H。
为进一步保证在基材表面浮雕结构上形成互不连接的双层金属薄膜，浮雕结构的深宽比一般大于1，即浮雕结构的深度大于开口宽度。根据以上所述的条件，要求狭缝准直装置的深度至少是其宽度的2倍。而加工这样的狭缝有一定难度，而且深宽比越大，加工难度越高。为此，本发明采用双片凹槽元件组合方式形成狭缝，具体如图6所示。601和602是两片加工了凹槽的元件，元件的材料一般是可以高精度加工的金属材料。将两片带有凹槽的元件叠合，可以形成具有高深宽比的狭缝。而两片以上的平板顺次拼接形成线性排列的狭缝。
以上仅是本发明众多具体应用范例中的一小部分，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，通过底部热蒸发源将金属膜料蒸镀到热蒸发源上方的样品之上，其特征在于：在热蒸发源与样品输送机构之间设一狭缝型准直装置，将从热蒸发源射出的发散性金属分子过滤，形成垂直朝向样品基材的金属分子流；其中所述准直装置的狭缝深宽比小于样品基材表面浮雕结构的深宽比的一半，所述准直装置下端面与热蒸发源的距离D及蒸发源坩埚的横向尺寸w之间满足：
其中H为狭缝深度、G为狭缝宽度，且所述样品基材的蒸镀表面与所述准直装置上端面间的距离L满足：L≤0.5H，其中H为狭缝深度。
2.根据权利要求1所述的一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其特征在于：所述热蒸发源为一个以上对应于准直装置狭缝的坩埚一字排列形成阵列式结构。
3.根据权利要求1所述的一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其特征在于：所述准直装置的狭缝为由两片带凹槽的平板拼接而成，两片以上的平板顺次拼接形成线性排列的狭缝。
4.根据权利要求1所述的一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其特征在于：所述样品输送机构为由双轴卷绕方式通过所述狭缝型准直装置上方。
5.根据权利要求1所述的一种连续垂直热蒸发的金属镀膜方法，其特征在于：所述样品基材表面浮雕结构的深宽比至少大于1。
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