硬镀膜的益处

2020-08-04

技术文章

硬镀膜的益处

传统的软镀膜，一种通常为光学组件镀膜的技术，可能很快会被一种称为硬镀膜的更高性能镀膜技术所取代。因为相对传统的软镀膜，精细的硬镀膜具有几个优点。

软镀膜

软镀膜是多层薄膜，由硫化锌、冷冻剂、有时甚至是银组成。对于传统的干涉滤光片，镀膜组件被层压在一个垂直的堆栈中，以提供抵御周围环境的保护，通常是从较大的晶圆上取下。考虑到所使用的材料和制造工艺，软镀膜易碎。镀膜材料经常被从滤光片的边缘移除，以避免镀膜因潮湿而退化，并增加镀膜的使用期限。图 1显示成品的图表。

图 1:具有薄膜镀膜的传统干涉滤光片的示意图

软镀膜的成本是由低成本的沉积设备、快速循环时间和廉价的浮法玻璃基片来保持，但是由于密封和环形组件，操作成本很高。成本与容量比具有渐近趋势：在低容量的情况下昂贵，只有在几十个1英寸产品或少量2英寸或尺寸更大产品制作之后才会稳定下来。

硬镀膜

硬镀膜薄膜是利用等离子沉积过程制作而成的，与软镀膜相比，它具有多个优势。等离子沉积过程是用计算机严格控制的，它甚至可以实现分层，拥有良好的环境适应性和更好的性能。例如，作为波长的一个函数，硬镀膜的透光率不仅更加一致，而且通常高于软镀膜的透光率。

如图2所示，硬镀膜在可见光谱和紫外线中具有超过90%的透射率。另一方面，软镀膜无法达到90%的透射率，并且性能在紫外线附近显著下降。此外，起始和截止转换还有一些改进。软镀膜有个渐进的过渡，从没有透射率过渡到大透射率，而硬镀膜的过渡更陡。

图 2:软镀膜和硬镀膜的性能比较

比较软镀膜和硬镀膜技术的性能
属性	软镀膜	硬镀膜	备注
工作寿命	1至5年	无限期（在正常的操作条件下）	软镀膜更容易受环境因素影响，尤其是高湿度。这些工作寿命是以典型的办公环境为背景计算的。
温度稳定性	每波长每百万平均50个部件	每波长每百万不到5个部件	软镀膜要求温度控制在±15°C，1nm的滤光片容差。硬镀膜在1550nm时不到1pm/°C，远远低于1ppm/λ。
制造可重复性	低	高	*自动的硬镀膜生产过程可提高重复性。
透射波长错误	能达到小于λ/4PV值	能达到小于λ/4PV 值	硬镀膜基本有TWE 值，其等于无镀膜光学元件的值。软镀膜在层压过程后必须经过大量抛光。
生产成本	如果大批量生产，成本降低	由于重复性和自动化过程，成本降低	可以等于或低于其软镀膜的价格大量销售硬镀膜。

表 表1:软镀膜和硬镀膜的优势比较