臺灣博碩士論文加值系統

隨著光電產業的蓬勃發展，光學鍍膜的重要性日漸增加，生活中有許多地方都可以見到薄膜表面技術。光學薄膜是指在基板或光學元件上，鍍製一層或是多層的介質膜或是金屬膜。透過光學鍍膜的膜堆疊，藉此改變光學元件的光學特性，例如在改變某波長內的穿透率、反射率及吸收率等。光學薄膜的光學特性主要是薄膜的光學常數(n、k)與厚度(d)所決定。實務上如何獲得足夠精準的光學常數，在光學薄膜的研究上是重要的關鍵技術。

在量測反射光譜時，我們發現無法測得準確的薄膜樣品反射率。為了確保反射光譜的準確度，初步先納入鋁鏡(參考光路)反射率去修正反射率。同時，自製的光學薄膜，並採用多種方法求得薄膜的光學常數，這部分尚待研究。透過數個樣品的反射光譜量測驗證，得到三個反射量測的結論：1、現有光譜儀對於平滑反射光譜可以確保反射率的量測值誤差達到0.25%。2、在未做第二介面抗反射處理前，低反射率的量測會受到第二介面及基板k值明顯的影響。3、對於有多次干涉振盪的反射光譜，其曲線坡度較大附近會有明顯的量測誤差。

研究主要有調整製程條件找出適合的TiO2與SiO2鍍製參數、量測TiO2與SiO2的穿透光譜、使用包絡法計算出TiO2與SiO2的光學常數、以TFCalc模擬與鍍製驗證、校正Tooling值、修正參考光譜等工作項目。

Nowadays, with the vigorous development of the optoelectronic industry, the importance of optical coatings is increasing, and film surface technology can be seen in many places in life. An optical film refers to a dielectric film, a metal film or more layers deposited on a substrate or an optical component. Through the stacking of optical films, thereby changing the optical properties of the optical component, such as changing the transmittance, the reflectivity and absorptivity over a range of wavelengths. The optical properties of the optical film are determined by the optical constant (n, k) and thickness (d) of the film. How to obtain a sufficiently accurate optical constant in practice is one of the key steps in the study of optical films.

When measuring the reflectance spectra, we found that the accurate reflectance of film samples cannot be measured. In order to ensure the accuracy of the reflection spectrum, the reflectivity of the aluminum mirror (reference optical path) is initially included to correct the reflectance. At the same time, we made optical films and used various methods to determine the optical constants of thin films. This part remains to be studied. Through the reflection spectrum measurements of several samples, three conclusions of reflection measurements are obtained: 1. The existing spectrometer can ensure the error of reflectance reaches 0.25% for the smooth reflection spectrum. 2. Before the second interface anti-reflection treatment, the measurement of low reflectivity will be significantly affected by the second interface and substrate ķ value. 3. For the reflection spectrum with multiple interference oscillations, there will be obvious measurement error near the curve with lage slope.

The works include that adjusting the process conditions to find suitable TiO2 and SiO2 plating parameters, measuring the penetration spectra of TiO2 and SiO2, calculating the optical constants of TiO2 and SiO2 by enveloping method, verifying and correcting the tooling value by TFCalc simulation and plating, and modifying the reference spectrum.

目 錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
符 號 說 明 ix
第一章 簡介 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 薄膜製作種類 3
1.3 常見的光學薄膜種類 4
1.4 論文概要 5
第二章 基本理論 6
2.1 單層膜的穿透率與反射率 6
2.2 常用的薄膜光學常數量測方法 7
2.3 包絡法理論 8
2.3.1 折射率n 9
2.3.2 消光係數k 10
2.3.3 膜層厚度d 11
第三章 實驗設備 12
3.1 鍍膜機系統 12
3.1.1 幫浦與真空 12
3.1.2 電子槍 13
3.1.3 離子源輔助鍍 14
3.1.4 光控系統 15
3.2 光譜儀 16
3.3 薄膜特性分析儀(n&k analyzer) 18
第四章 實驗 19
4.1 材料與其薄膜製程條件 19
4.1.1 TiO2 20
4.1.2 TiO2薄膜製程參數與結果 21
4.1.3 SiO2 23
4.1.4 SiO2薄膜製程參數與結果 24
4.2 最佳製程參數薄膜的穿透與反射量測光譜 26
4.3 以薄膜特性分析儀(n&k analyzer)量測光學常數 27
4.4 以橢偏儀量測光學常數 29
4.5 用TFCalc計算光學常數 32
4.6 用Essential Macleod計算光學常數 35
4.7 用包絡法計算光學常數 37
4.8 各種方法所得光學常數的比較 41
4.9 以鍍製多層光學膜校正基板的tooling值 45
4.9.1 TFCalc軟體膜擬 45
4.9.2 光控片與傘架間膜厚校正 46
4.10 反射光譜校正 50
4.10.1 鋁鏡反射率校正 50
4.10.2 以光學薄膜驗證反射光譜的校正效果 52
4.10.2.1 第二介面未處理 52
4.10.2.2 第二介面有處理 61
4.10.2.3反射光譜校正結論 71
第五章 結論 72
參考文獻 73
附錄一 包絡法計算光學常數 75

參考文獻
[1]參考來源：維基百科，薄膜，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%96%84%E8%86%9C
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[4]參考來源：維基百科，橢圓偏振技術，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A9%A2%E5%9C%93%E5%81%8F%E6%8C%AF%E6%8A%80%E8%A1%93
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[7]洪錕銘，真空技術簡介，file:///C:/Users/%E8%A8%B1%E4%BC%BC%E6%84%B7/Downloads/%E7%9C%9F%E7%A9%BA%E6%8A%80%E6%9C%AF%E7%AE%80%E4%BB%8B.pdf
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[11]張明生，“具膜厚補償效益之新型光學監控法”，碩士論文，光電科學研究所，國立中央大學，民國96年6月
[12]參考來源：五氧化三鈦(Ti3O5)，
http://www.gredmann.com/img_all/Download/A05/Ti%E2%82%83O%E2%82%85.pdf
[13]參考來源：維基百科，二氧化矽，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%85
[14]RefractiveIndex.INFO
https://refractiveindex.info/?shelf=main&book=Al&page=McPeak
K. M. McPeak, S. V. Jayanti, S. J. P. Kress, S. Meyer, S. Iotti, A. Rossinelli, and D. J. Norris. “Plasmonic films can easily be better: Rules and recipes”, ACS Photonics, vol. 2, pp. 326-333, 2015.