MSE試験事例

-Case Study-

peret

TiO2光学薄膜の超精密膜質分析

光学薄膜を多角アルミナ粒子と球形シリカ粒子の2種類の粒子で試験を行うことにより、今まで以上に超精密な膜質の分析が可能になりました。その試験結果の概要を下記に記載いたします。

■ 目的

  • ・僅かな膜質の差を、2種類の試験条件を⽤いて浮き彫りにする。

■ サンプル

成膜プロセスを変えたTiO2膜を用いて膜質の差を比較する。

膜材質 成膜法 基盤温度 設計膜厚 基板材料
TiO2 電子ビーム蒸着法
EB(Electron Beam)
150℃ 1.0μm 光学ガラス
BK7
300℃
イオンビームアシスト蒸着法
IAD(Ion beam Assisted Deposition)
加熱無し
150℃
300℃

■ 試験結果

2種類の試験結果エロージョン率(損傷速度)分布グラフでみる

1 試験粒子 多角アルミナ粒子 d50 = 0.3μm

試験粒子 多角アルミナ粒子

高硬度超微小径多角粒子を使用
衝突時の荷重、接触面積ともに極めて小さいため力が集中する。

試験結果エロージョン率は
膜を構成する材質そのものの強さを示す。
また深さ⽅向の強さ分布を超高分解能で表示する。

エロージョン率

2 試験粒子 球形シリカ粒子 d50 = 1μm

薄膜各層

低硬度 微子球粒子を使用。衝突時荷重が大きいが、接触面積も大きいため
力が分散される。

試験結果エロージョン率は
膜全体のマクロな強さ(脆さ)を示す。
(結晶粒間の結合強度、クラック、ボイドの影響を反映。)

試験粒子 球形シリカ粒子

■ 評価

  • 1.IAD_150℃、300℃の膜は、多角粒子の試験から材質的に強く、かつ均質である。 また、球形粒子の試験から他の膜に比べて強靭であると⾔える。
  • 2.EB_150℃は、多角粒子の試験では材質的に5種類の中で最も弱く、不均質で界面近傍に弱いピークが存在。また、球形粒子の試験では、内部分布は見えないほど一気に損傷し、他の膜に比べて脆いことがわかる。
  • 3.EB_300℃とIAD 加熱無は、多角粒子の試験では材質的には基材と同じくらいの強さである。しかし、球形粒子の試験では、表面に僅かに強い部分はあるが膜全体として脆いと言える。
  • 4.2つの試験から膜材質の強さ・均質性と膜の強靭さが浮き彫りとなる。
  • 5.成膜法としてはIADの膜の方がEBより強い傾向がある。
  • 6.基板温度の上昇に伴い、均質で強い膜ができる傾向がある。