* 광학 코팅용 이트륨 산화물, Y2O3
소개
이트륨 산화물 Y2O3는 근자외선(300nm)부터 적외선(12um)영역까지의 코팅에 사용되는 중간 굴절률의 저흡수성 물질입니다. 전자빔이나 스퍼터링으로 밀도가 높은 층이 증착됩니다. 전형적인 용도는 알루미늄과 은유리 코팅을 보호하고 광대역 가시광선 영역에서 중간층으로 사용되며 유전체 거울 디자인용입니다. 산화이트륨은 실리콘 디옥사이드층과 함께 결합하여 높은 굴절률 대비 구조를 형성하는데 사용될 수 있으며 TiO2와 Ta2O5와 같은 더 높은 굴절률의 물질과 결합하여 사용될 수도 있습니다.
박막의 특성
산화이트륨 박막은 300nm에서 최소 11um 범위에 걸쳐서 비흡수성입니다.
낮은 에너지 저항열 증착 또는 과도한 주변 압력과 같은 증발 조건하에서, 박막의 충분한 공극부피를 포함하여 성장하게 되며, (충진밀도<0.9) 습한 공기로 빠져나오면 굴절률 변화를 나타냅니다. 이 사실은 2.9 µm (O-H 확장)과 6.9 µm (O-H-O 진동) 사이에서 자체적으로 흡수가 발생한다는 사실을 증명하는 것입니다.
[1]. 스퍼터링이나, 이온 보조, 또는 아주 높은 기판 온도에서 증착이 이루어 질 때, 흡수대는 거의 나타나지 않습니다. 굴절률은 또한 고 에너지 증착 기술에 따라 달라지지만 기판 온도에 따른 다른 산화물들의 변화보다는 더 적게 반응합니다. 굴절률은 50°C에서 거의 300°C까지의 기판 온도 범위 1%이내에서 일정하게 유지됩니다.
[2]. 공기중에서 증착 후 굽는과정(Post-deposition baking)은 전자빔과 저항가열에 의한 증착의 굴절률을 증가시킬 수 있습니다. glass, germanium, silicon, zinc sulfide 와 zinc selenide, 그리고 aluminum, silver와 같은 금속에 대한 고착이 탁월합니다. 어떤 경우에는, 아주 얇은 산화이트륨 막이 비산화물 기판에서의 다층 코팅용인 고착 활성제로서 그 역할을 수행 할 수 있습니다. 막의 두께를 높이는 과정에서 굴절률이 불안정하게 나타날 수 있습니다. 그 현상은 증착하는 동안 충분한 산소를 다시 공급함으로써 줄일 수 있습니다. 박막은 일반적으로 비결정질의 미세구조를 생성합니다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이, 거기에는 진공챔버 내부에 공기가 들어가 수증기를 흡수하여 공극 부피가 생길 수 있습니다.
굴절률
굴절률은 조건에 의존적인 과정입니다. IAD와 마그네트론 스퍼터링이 1.90 이상의 굴절률을 생성하는 동안, 반응열과 전자빔 증착은 파장 500 nm에서 1.80 ~ 1.88의 굴절률을 생성합니다. 열에 의한 증착으로 얻은 굴절률이 각각 1.7 와 1.42일 때, 2 µm 파장 이상에서 마그네트론 스퍼터링으로 얻은 굴절률은 덩어리형태의 굴절률과 근사하며 1.87 @ 2 µm와 1.72 @ 9 µm입니다. 대략적인 수치는 아래에 묘사되어 있습니다.
REFRACTIVE INDEX FOR YTTRIUM OXIDE
(note scale discontinuity)
물질의 경향
시작하는 물질의 형태는 정제 모양 또는 소결된 조각들의 형태 둘 중의 하나입니다. 낮은 전력에서 수 분 동안의 사전 준비작업을 추천합니다. 전자빔은 표면 전체에 비춰져야 합니다. 그리하면 코팅물질이 승화됩니다.
증발한계 변수
증착 온도
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~ 2400° C.
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용기
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저항가열식 증착에는 증발용 두꺼운 W Boat. W은 반응할 것이므로 1회 증착마다 교체해야 함. E-beam용은 Graphite Liner 추천
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증착 속도
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1-2 Å/sec.
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산소의 부분 압력
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5-8 x 10-5 Torr
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기판 온도
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50°C to 300°C.
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물질의 물리학적 특성
분자의 질량
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225.81
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녹는점
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2410° C
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색상
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White
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밀도
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5.01 g/cc
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응용분야
파장 300 nm 이하에서 굴절률은 1.9에 가깝기 때문에, 산화이트륨은 SiO2(n = 1.48)과 UV Laser 용도의 다층에 사용될 수 있습니다. 가시 광선영역에서 이것은 유리에 3겹의 광대역 무반사 코팅 시 필요한 중간 굴절률 값을 충족시킵니다. 은과 알루미늄 거울의 환경 보호적인 측면은 근자외선부터 원적외선에 걸쳐 증명되었습니다. 산화이트륨은 18 µm이하 음극선 대역을 나타내지 않습니다. 그래서 실리콘 옥사이드와 알루미나에서 보이는 큰 투사각에서의 반사손실을 일으키지 않습니다.
