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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉禮維
研究生(外文):David Yeh
論文名稱:真空鍍膜厚度均勻性的電腦模擬
指導教授:李正中李正中引用關係
指導教授(外文):Cheng-Chung Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電科學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:膜厚均勻性
外文關鍵詞:thicknessuniform
相關次數:
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摘要
對於光學薄膜而言其光學特性對厚度的變化很敏感,因此,要製鍍一大面積的薄膜,由於膜厚均勻之不同,將使可用面積變得很有限。尤其對於多層膜的製鍍,因為必須用到多個不同材料蒸發源,對於不同材料具有不同的發射特性,造成不同膜層膜厚分布不同,對於控制各膜層之均勻性分布將是一大挑戰。
首先吾人對基板相對蒸發源的幾何位置擺設所造成的影響加以分析,進而探討蒸發源特性及成膜過程之物理特性。以作為設計改善膜厚均勻性時之參考,而達成改善厚度分布均勻性之目標。
本論文使用不同尺寸的遮板分別置放在靶源與基板之間,探討薄膜隨著不同位置尺寸的遮板對於薄膜厚度分佈的影響。我們發現薄膜厚度分佈會隨著遮板架設的位置及尺寸外形的不同而有所改變,因此膜厚均勻性可以使用適當的遮板改善。


Abstract
Since the uniform of thickness is different in every position on the thin film, useful area maybe small in a large area thin film application.
In order to making multi-layer thin film, we have to use different material that has different emitter factor such that the thickness distribution will be un-uniform. It is a challenge to making control of the thickness distribution.
First, we discuss the effect about the position condition of thickness distribution structure. We analysis the process of the thin film deposition.
By using above condition, we design some experiments to improve the uniform of thickness. We use mask with different size and different position between source and target . Since we find that thickness will be change by the size and position of mask . We can use mask to improving the uniform of thickness.


目錄
摘要﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒I
第一章、緒論 ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒1
第二章、膜厚分布的理論分析﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒3
2.1點散射源在基板上累積的膜厚﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒3
2.2面散射源在基板上累積的膜厚﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒5
2.3各型旋轉基板支撐架之模擬膜厚分布公式推導 ﹒﹒﹒﹒﹒﹒8
2.3.1傾斜型平面旋轉基板支撐架 ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒8
2.3.2傾斜型行星式旋轉基板支撐架﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒12
2.3.3圓頂型旋轉基板支撐架﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒16
第三章、電腦模擬過程﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒19
3.1程式設計﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒19
3.1.1控制參數﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒19
3.1.2應變參數﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒19
3.1.3公式推導﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒20
3.2數學結構”向量”在程式設計中的實現﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒25
3.2.1四維度的向量定義﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒26
3.2.2膜厚投影量與發射特性的計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒28
3.2.3考慮遮板下的電腦模擬膜厚計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒30
3.3電腦模擬流程圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒31
第四章、分析與討論﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒32
4.1對環境的理想假設﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒32
4.2自由空間與受限空間﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒34
4.3散射源的討論﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒34
4.3.1能量入射與點源的發射特性分布 ﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒35
4.4改善膜厚的計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒36
4.4.1旋轉基板的膜厚計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒37
4.4.2加入遮板後的膜厚計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒37
4.4.3遮板的設計﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒39
4.4.4考慮遮板影響下的模擬結果﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒39
4.4.5各型基板之膜厚模擬結果﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒42
4.5向量在膜厚分析中的應用﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒44
4.5.1非理想的發射特性﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒45
4.5.2基板靜止的膜厚計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒47
4.5.3非對稱面散射源的膜厚分布﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒48
第五章、結論﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒52
參考文獻﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒53
圖目錄
圖1-1窄帶濾光片的第三腔空間層厚度誤差為
0,1/10000,1/1000,1/100時的光學成效圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒2
圖2-1:點散射源在基板上沉積範圍示意圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4
圖2-2 傾斜型平面基板支撐架﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒11
圖2-3 傾斜型行星式基板支撐架﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒15
圖2-4 傾斜型圓頂式基板支撐架﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒18
圖3-1膜厚參數計算之參考圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒21
圖3-2:遮板影響基板沉積膜厚﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒30
圖4-1:點散射源在空間中對各方向散射的機率﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒35
圖4-2不同蒸發特性N值之比較﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒36
圖4-3在遮板影響下之膜厚分布計算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒38
圖4-4:遮板架設的幾何位置圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒40
圖4-5:遮板設計圖,暗色為遮板遮蔽的區域,白色為無遮蔽的區域﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒40
圖4-6:以遮板改善膜厚分布之目標曲線﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41
圖4-7:以遮板改善前後的膜厚曲線比較﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41
圖4-8:當點散射源在圓心,而N=1,N=2,N=3,N=4的平面基板徑向之分布圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒42
圖4-9:當點散射源在圓心,而N=1,N=2,N=3,N=4圓頂型基板之徑向分布圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒42
圖4-10:行星式膜厚分布﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒43
圖4-11:傾斜型平面基板﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒43
圖4-12:傾斜行星型基板﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒44
圖4-13:不同能量下非理想的發射特性﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒46
圖4-14:電腦模擬的結果﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒47
圖4-15:不同位置的點散射源將相對於遮板在基板上造成不同的投影區﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒48
圖4-16: 實際之幾何位置關係圖﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒49
圖4-17:弦月形面散射源非對稱發射特性分布﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒50
圖4-18:實驗值與模擬值的比較﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒51
表目錄
表4-1:發射特性依照散射源徑向分布﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒46
4-2:實驗值與模擬值的比較﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒51


參考文獻1.江政忠、李正中、田春林,’’干涉相移式薄膜應力量測儀’’科儀新知,第二十一卷,第五期,pp.65-72,(2000)2.Maissel & Glang:Handbook of Thin Film Technology p.1-32-p.1-36(1966)3.L.Holland:”Vacuum Deposition of Thin Films”, p.143-p.146 (1957)4. H. A. Macleod, “Thin-Film Optical Filters”,Macmillan Publishing, pp.412-420 (1986).5. 李正中, ”薄膜光學與鍍膜技術“, 藝軒圖書出版社,pp.325-337 (1999).6. Russell J.Hill, “Physical Vapor Deposition”, pp.2 , 81-84 (1986)7. 莊凱評,’’光學薄膜厚度均勻性之研究’’,pp.21(2000).8. 江政忠,’’以真空蒸鍍技術製造非球面鏡的研究’’碩士論文,pp.14-15(1992)9. 江政忠,’’以真空蒸鍍技術製造非球面鏡的研究’’碩士論文,pp.37-39(1992)10. Liudvikas Pranevicius,”Coating Technology:Ion Beam Deposition”,p212,Fig4-20(1993).11. Yamamura,Ynucl.Instr.Meth.,194,515(1982).12. 莊凱評,’’光學薄膜厚度均勻性之研究’’,pp.25-pp.27(2000).

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