[发明专利]一种射频法制备SiO2薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频法制备SiO₂薄膜的方法，属于SiO₂薄膜制备和应用领域。

背景技术

SiO₂薄膜在工业、建筑、交通运输、医学、光学、宇航、能源等领域都有广泛的应用。在硼硅玻璃上涂覆SiO₂减反射涂层可以提高太阳能转为热能的效率，例如槽式太阳能热发电系统是槽式抛物面聚光镜将太阳能聚焦在一条线上，在这条聚焦线上安装有管状热量吸收器（集热管），用来吸收聚焦后的太阳辐射能。管内的流体被转化来的太阳能加热后，流经换热器加热工质，转化为高温高压的热蒸汽，在借助于蒸汽循环动力来发电。在这个系统中核心的部件是太阳能集热管，其罩管材料为高硼硅3.3玻璃，通常，在太阳光穿过罩管的同时，会有近8%的光能被罩管反射掉，这部分太阳光不能被集热器利用。

薄膜增透原理来源于光的干涉理论，如图1所示，对于正入射的光波，则在空气—膜和膜—元件两个界面上的反射光反相，因而反射光干涉相消，从而达到增透的效果。想要达到反射光干涉相消，则需要满足条件：

d=(l+12)12λcn]]>

其中d为膜的厚度，n为膜的折射率，λ_c为光的波长。

如果让薄膜的透射率为1，则根据光学原理，需要满足：

n²=n₁·n₂

式中n为膜材的折射率；n₁为空气的折射率，约等于1；n₂为基体的折射率。

当然实际上并不可能达到，考虑理想情况，当光学厚度为λ/4时，正入射的反射率仍有1.3％。而膜材的折射率与其密度有关，提高膜材的孔隙率，就可以降低折射率。膜材的折射率与其孔隙率有如下关系：

n_p²=(n²-1)(1-p)+1

式中n_p为含孔隙膜材的折射率；n为膜的折射率；p为非散射孔洞所占膜材的体积百分数。

射频磁控溅射的基本原理是利用混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。该方法沉积温度低，沉积面积大，并具有较高的沉积速率。是以硅为沉积源，用惰性气体离子溅射硅靶产生硅原子和氧离子于基体表面形成氧化硅薄膜。当使用石英靶材时仅通入惰性气体，采用射频电源可获得成分与靶材相符合的氧化硅薄膜。磁效应可以描述成通过交叉电磁场增加了电子在等离子体中漂移的路程。对于简单的平面式磁控阴极系统，整个装置包括由永磁体制成的平面阴极靶，永磁体提供一个环形磁场。在阴极表面附近磁力线形成一个封闭曲线。由于离子和电子迁移率的差别引起正离子区靠近靶阴极，相对于等离子具有一负漂移点位。由于在阴极区正离子聚焦形成场，离子将从等离子体中分离出来，并被加速直至打到靶上，导致靶材的溅射。所产生的二次电子在进入电场、磁场交叉区域时在运行的轨道中被俘获。在有效的电子俘获区，电子密度达到一个临界值，俘获电子离化率极大。这意味着由高能正离子所产生的高速二次电子对于有效溅射不是必要的。大部分磁控源在0.13-2.7Pa压强下，阴极电压300-700V的条件下工作。溅射率基本由在靶上的电流密度、靶与基片距离、靶材、压强、溅射气体组分等决定。当在磁控溅射系统中将射频电压加在绝缘体上时，离子和电子迁移率的不同将导致阴极负自偏压的形成，由此提供给溅射所需的电势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在目前内管太阳吸收率已达到极限或提高较困难的情况下，降低罩管玻璃的反射率，提高透射比，是进一步提高太阳能真空集热器光热转换效率的一个有效途径。