真空镀膜技术及设备两百年发展历史一

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真空镀膜技术及设备两百年发展历史
化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。1817年，Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃，偶然第一次获得减反射膜，1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜，它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来，人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。50年代，除大快窗玻璃增透膜的一些应用外，化学溶液镀膜法逐步被真空镀膜取代。 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺，是迄今在工业领域能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。它们大规模地应用，实际上是在1930年出现了油扩散泵---机械泵抽气系统之后。
, Z* p' Z- w; F0 w" l+ Z' M5 B1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。
2 F" ?: ]6 \- v6 M$ \+ J9 J1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。
1965年，研制出宽带三层减反射系统。在反射膜方面，美国通用电气公司1937年制造出第一盏镀铝灯。德国同年制成第一面医学上用的抗磨蚀硬铑膜。在滤光片方面，德国1939年试验淀积出金属—介质薄膜Fabry---Perot型干涉滤光片。
在溅射镀膜领域，大约于1858年，英国和德国的研究者先后于实验室中发现了溅射现象。该技术经历了缓慢的发展过程。
1955年，Wehner提出高频溅射技术后，溅射镀膜发展迅速，成为了一种重要的光学薄膜工艺。现有两极溅射、三极溅射、反应溅射、磁控溅射和双离子溅射等淀积工艺。
0 b0 f. z/ y/ C! N* m1 H( n( |自50年代以来，光学薄膜主要在镀膜工艺和计算机辅助设计两个方面发展迅速。在镀膜方面，研究和应用了一系列离子基新技术。
# s; \" h; W: P/ o9 {  A1953年，德国的Auwarter申请了用反应蒸发镀光学薄膜的专利，并提出用离子化的气体增加化学反应性的建议。
1964年，Mattox在前人研究工作的基础上推出离子镀系统。那时的离子系统在10Pa压力和2KV的放电电压下工作，用于在金属上镀耐磨和装饰等用途的镀层，不适合镀光学薄膜。后来，研究采用了高频离子镀在玻璃等绝缘材料上淀积光学薄膜。70年代以来，研究和应用了离子辅助淀积、反应离子镀和等离子化学气相等一系列新技术。它们由于使用了带能离子，而提供了充分的活化能，增加了表面的反应速度。提高了吸附原子的迁移性，避免形成柱状显微结构，从而不同程度地改善了光学薄膜的性能，是光学薄膜制造工艺的研究和发展方向。
实际上，真空镀膜的发展历程要远远复杂的多。我们来看一个这个有两百年历史的科技历程： 19世纪
真空镀膜已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。探索者的艰辛在此期间得到充分体现。
1805年, 开始研究接触角与表面能的关系(Young)。
1817年, 透镜上形成减反射膜(Fraunhofer)。
5 Y9 o6 O, ?$ r* k. G+ M1839年, 开始研究电弧蒸发(Hare)。
1852年, 开始研究真空溅射镀膜(Grove;Pulker)。
1857年, 在氮气中蒸发金属丝形成薄膜(Faraday;Conn)。
1874年, 报道制成等离子体聚合物(Dewilde;Thenard)。
8 U+ l7 Q4 W2 _! a1877年,薄膜的真空溅射沉积研究成功(Wright)。
4 T! U: m' Z' ]& ~1880年, 碳氢化合物气相热解(Sawyer;Mann)。
1887年, 薄膜的真空蒸发(坩埚) (Nahrwold;Pohl;Pringsheim)。
+ K- J; ~9 h/ k9 I( ~" w2 S1896年, 开始研制形成减反射膜的化学工艺。
1897年, 研究成功四氯化钨的氢还原法(CVD); 膜厚的光学干涉测量法(Wiener)。
2 m. Y. d/ I$ K' e
20世纪的前50年
5 i; a9 t$ w) z) n+ i( Y1904年, 圆筒上溅射镀银获得专利(Edison)。
1907年, 开始研究真空反应蒸发技术(Soddy)。 1913年, 吸附等温线的研究(Langmuir,Knudsen,Knacke等)。
1917年, 玻璃棒上溅射沉积薄膜电阻。
1920年, 溅射理论的研究(Guntherschulzer)。
9 J! \( Y& V1 E% h  U1928年, 钨丝的真空蒸发(Ritsehl,Cartwright等)。
1930年, 真空气相蒸发形成超微粒子(Pfund)。
1934年, 半透明玻璃纸上金的卷绕镀(Kurz,Whiley); 薄膜沉积用的玻璃的等离子体清洗(Bauer,Strong)。
1935年, 金属纸电容器用的Cd:Mg和Zn的真空蒸发卷绕镀膜研究成功(Bausch,Mansbridge); 帕洛马100英寸望远镜镜面镀铝(Strong);光学透镜上镀制单层减反射膜(Strong,Smakula); 金属膜生长形态的研究(Andrade,Matindale)。
1937年, 使用铅反射器的密封光束头研制成功(Wright); 真空卷绕蒸发镀膜研制成功(Whiley); 磁控增强溅射镀膜研制成功(Penning)。
! \) C/ M2 u) L* V, {1938年, 离子轰击表面后蒸发取得专利(Berghaus)。1939年, 双层减反射膜镀制成功(Cartwright,Turner)。
9 e# V& K% O8 ]$ w+ S# y4 P1941年, 真空镀铝网制成雷达用的金属箔。
1942年, 三层减反射膜的镀制(Geffcken); 同位素分离用的金属离子源研制成功。
1944年, 玻璃的电子清洗研制成功(Rice,Dimmick)。
% S  \, t& Y$ C6 Q" y, J1945年, 多层光学滤波器研制成功(Banning,Hoffman)。
+ C5 y1 u9 m9 F4 d2 r9 L: ^. n1946年, 用X射线法吸收法测量薄膜的厚度(Friedman,Birks); 英国Goodfellow公司成立。
2 Z7 X" R2 N( L) Q1947年,200英寸望远镜镜面镀铝成功。
$ F- a1 ~& Y% a: q1948年，美国国家光学实验室（OCLI）建立；沉积粒子的真空快速蒸发（Harris，Siegel）；用光透过率来控制薄膜的厚度（Dufour）。
1949年，非金属膜生长形态的研究（Schulz）。
# i2 f; Y9 x" d! S& n4 ?3 w- |- A1950年，溅射理论开始建立（Wehner）；半导体工业开始起步；各种微电子工业开始起步；冷光镜研制成功（Turner，Hoffman，Schroder）；塑料装饰膜开始出现（holland等）。

1 u3 x0 G' z: K( A1913年, 吸附等温线的研究(Langmuir,Knudsen,Knacke等)。
" q* r9 ?$ @( A9 U$ l6 P7 G6 t1917年, 玻璃棒上溅射沉积薄膜电阻。
( J. L* B% p) W# {1920年, 溅射理论的研究(Guntherschulzer)。
1 h( G) o) O, t) l6 B; `1928年, 钨丝的真空蒸发(Ritsehl,Cartwright等)。
1930年, 真空气相蒸发形成超微粒子(Pfund)。
1934年, 半透明玻璃纸上金的卷绕镀(Kurz,Whiley); 薄膜沉积用的玻璃的等离子体清洗(Bauer,Strong)。
1935年, 金属纸电容器用的Cd:Mg和Zn的真空蒸发卷绕镀膜研究成功(Bausch,Mansbridge); 帕洛马100英寸望远镜镜面镀铝(Strong);光学透镜上镀制单层减反射膜(Strong,Smakula); 金属膜生长形态的研究(Andrade,Matindale)。
: V$ e6 G/ Q/ R6 g2 i) [1937年, 使用铅反射器的密封光束头研制成功(Wright); 真空卷绕蒸发镀膜研制成功(Whiley); 磁控增强溅射镀膜研制成功(Penning)。
3 T: b/ r) h, n) ?1938年, 离子轰击表面后蒸发取得专利(Berghaus)。1939年, 双层减反射膜镀制成功(Cartwright,Turner)。
1941年, 真空镀铝网制成雷达用的金属箔。
; T( M; F0 M) N1942年, 三层减反射膜的镀制(Geffcken); 同位素分离用的金属离子源研制成功。
1944年, 玻璃的电子清洗研制成功(Rice,Dimmick)。
1945年, 多层光学滤波器研制成功(Banning,Hoffman)。
0 K# H2 H/ }+ G* g1946年, 用X射线法吸收法测量薄膜的厚度(Friedman,Birks); 英国Goodfellow公司成立。
5 b9 D- S' U. g) j. b# o! `1947年,200英寸望远镜镜面镀铝成功。
1948年，美国国家光学实验室（OCLI）建立；沉积粒子的真空快速蒸发（Harris，Siegel）；用光透过率来控制薄膜的厚度（Dufour）。
5 j' J3 d. I0 p5 I9 j5 x1949年，非金属膜生长形态的研究（Schulz）。
" M& L- X. _: |% X( W) D+ }: X& v1950年，溅射理论开始建立（Wehner）；半导体工业开始起步；各种微电子工业开始起步；冷光镜研制成功（Turner，Hoffman，Schroder）；塑料装饰膜开始出现（holland等）。

; Q+ ?! r7 E7 z. } 19世纪
真空镀膜已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。探索者的艰辛在此期间得到充分体现。
- T; ^- z0 f1 ^! C% @6 i$ d1805年, 开始研究接触角与表面能的关系(Young)。
& r1 T0 x& g7 P, f" E) A$ u' y9 {1817年, 透镜上形成减反射膜(Fraunhofer)。
( e0 L2 R1 P0 o" |' r# X3 l  E1839年, 开始研究电弧蒸发(Hare)。
1852年, 开始研究真空溅射镀膜(Grove;Pulker)。
4 t. Y9 _) f; M, o2 q9 ~1857年, 在氮气中蒸发金属丝形成薄膜(Faraday;Conn)。
1874年, 报道制成等离子体聚合物(Dewilde;Thenard)。
1877年,薄膜的真空溅射沉积研究成功(Wright)。
) `* V  c  K8 E; K  W4 {: j1880年, 碳氢化合物气相热解(Sawyer;Mann)。
' ~* g0 X7 D5 s& [" S1887年, 薄膜的真空蒸发(坩埚) (Nahrwold;Pohl;Pringsheim)。
; H/ L7 |3 x' M% i8 l# e) l. _% }1896年, 开始研制形成减反射膜的化学工艺。
; B4 ^; O# Q+ k/ ^  P3 W! `1897年, 研究成功四氯化钨的氢还原法(CVD); 膜厚的光学干涉测量法(Wiener)。

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