무반사막 증착 실험결과

본문내용

않다.
(3) 3층 반사 방지막
2층막과 같은 모양으로 3층막의 대하여 특성행렬의 곱을 식 1-7에 대입하면, 반사방지막의 위상 및 진폭조건이 얻어진다. 그러나 3층 반사방지막이 일반적 해를 구하는 것은 꽤 복잡하다. 여기서는 2개의 특별해 중에서 가시광선 대역에 사용되는 특별해 Ⅰ에 대하여서 주로 살펴보도록 한다.
특별해 Ⅰ
기준파장 에서 이므로 , 2층막과 같은 꼴로 는 반사율에 영향을 미치지 않아, 에서의 반사율은 과 로 결정된다. (극값은 일 때이다.) 광대역에서 낮은 반사율을 실현하기 위해서는 2층 W coat와 같은 순서에 따라서 계산하면 좋다. 증착물질로서는 제 1 층에 , 제 2 층에 또는 , 제 3 층에 를 적용할 수 있다. 그림 7의 막구성을 여러 가지의 기판에 coat한 분광반사율 곡선을 그림 8에 표시한다.
3. 실험 장치
진공 증착기 1대, 기판이 Glass 1개, 코팅할 매질
4. 실험 방법
(단층 무반사 박막)
다음과 같은 증착기를 이용하여 단층 박막 증착을 한다. 실험시 모든 방비를 만질 때는 위생 비닐장갑을 끼고 만져야 한다.
그림 9. 증착기의 외형
1) 증착실 컴퓨터에 있는 박막 설계프로그램인 Essential Macleod을 이용하여 무반사 박막계를 설계한다.
기준 파장 : 450㎚
단층 박막
2) 작동 전 Air 압력(5㎏/㎤) 및 냉각수 상태를 확인하고 냉각수 밸브를 연다.
3) 증착기의 챔버 내의 압력상태 확인 후(Vent Valve를 Open) 승강 장치를 열고 버 내부를 깨끗하게 청소하고 오염방지를 위하여 알루미늄 호일로 내부를 감싼다.
4) 막두께를 측정하는 Quartz(수정) X-TAL의 상태를 확인한다.
5) 유리 기판을 깨끗이 닦은 후 증착기 내부에 장착하고 증착 물질인 를 보트위에 적당량 올려놓고 챔버의 승강 장치를 내린다.
6) Vent Valve와 Main Valve를 Off한 후 rough & f-line Valve를 On 위치에 놓고 Rotary Pump On 버튼을 누른다.
그림 10. 장치도
7) 의 증착 조건 중 기판 온도가 300℃이므로 Sub-hater On 버튼을 누르고 챔버 내부의 온도를 300℃로 맞춘다.
8) Geissler관 전원 스위치를 눌러 방전광의 색을 확인하면서 색이 무색이 되면 Diffusion Pump On 버튼을 눌러 오일이 가열될 때까지(10～20분 가량) 기다린다.
9) 오일이 가열되면 rough & f-line Valve의 위치를 Reset 위치로 하여 Diffusion Pump 내부의 압력을 챔버 내부의 압력과 똑같이 한다. (압력이 같아지기 전에 Main Valve를 Open하면 오일의 역류현상이 생길 수 있음)
10) Geissler관 전원 스위치를 눌러 방전광의 색을 확인 하면서 색이 무색이 되면 Main Valve를 Open 위치로 돌린다.
11) Geissler관 전원 스위치를 눌러 방전광의 색을 확인하면서 색이 무색이 되면 증착을 위한 진공도가 된 것이다. Geissler관의 경우 Torr까지 측정을 할 수가 있다. 우리가 사용한 증착기에는 Ion Gauge( Torr)가 있으나 고장으로 작동이 되지 않아 Geissler관으로만 측정을 해야만 한다. 따라서 무색이 된 후에도 한참이 지나야 증착을 할 수 있는 진공 조건이 된다.
12) 진공도가 증착조건 ( )이 되면 Evaporation Control 눈금을 서서히 증가시킨다.
13) 증발이 시작되면 Shutter Open 스위치를 누르고 크리스탈에 쌓이는 두께를 보면서 Shutter를 열어 증착을 시작한다.
14) 기준 파장의 1/4 두께로 쌓이면 Shutter 스위치를 눌러 Shutter를 닫고 Evaporation Control 눈금을 0으로 내리고 모든 스위치를 Off한다.
15) 어느 정도의 시간이 지난 후 Vent Valve를 열고 챔버 내에 공기가 들어가도록 한다. 챔버내의 압력이 대기압과 같아지면 챔버를 개봉하고 보호 장갑을 끼고 조 심해서 기판을 꺼낸다.
16) 기판의 투과율을 측정하여 박막 설계프로그램인 Essential Macleod를 이용하여 설계한 수치와 비교한다.
5. 실험결과
6. 고찰
이번 실험은 지난 학기에도 했었던 진공 증착에 관한 실험이었다. 실험에 필요한 이론들은 이미 했었던 이론과 같은 이론을 가지고 실험을 하였다. 증착을 할 때 왜 진공을 먼저 만들어 주고 증착을 해야 하는가, 얼마만큼의 온도를 올려주어야 증착을 하는데 가장 알맞은 온도가 되는가와 같이 지난 실험과 마찬가지로 이번 증착을 할 때에도 진공을 만들어 주고 실험을 했었는데 진공을 고진공인 torr까지 빼주어야 하는 이유는 순수한 MgF2 증착을 하기 위해서 진공을 뺀다. MgF2가 저항 가열법을 이용하여 가열이 되어 기체로 분자들이 날아갈 때 평균 자유 행로가 진공이 아닐 때는 짧기 때문이다. 그렇게 된다면 공기 안에 있는 질소나 산소 등 여러 가지 입자들과 필요하지 않는 화학반응을 일으키기 때문이고 공기분자가 박막 중에 들어가 분순물이 되기 때문에 진공을 만들어주며 아주 낮은 압력에서는 boiling point 즉 융점이 낮아지기 때문에 증착을 할 때에는 반드시 진공 안에서 이루어져야 한다.
지난 실험에서는 고반사막 증착을 하였지만 이번 실험에서는 무반사막 증착을 하였다. 증착 실험은 진공관과 증착기기를 이용하여 실험을 하는 것이어서 증착을 하는 자체는 별로 어렵지 않고 빨리 끝낼 수가 있었다. 여기서는 처음 BK-7 glass 기판에 먼지나 불순물을 없애기 위해서 에탄올을 이용하여 기판을 깨끗이 닦는 일이 중요하게 작용하였다.
지난학기와 마찬가지로 2주에 걸쳐서 진공증착 실험을 하였는데 모든 렌즈든 유리든 기판은 반드시 증착을 해서 사용을 하는데 증착하는 물질을 어떤 걸 사용하는지 그 물질을 얼마만큼의 두께로 증착을 하는지 알고 실험을 한다면 더욱 좋은 실험이 될 것 같고, 증착을 하는 물질의 특성을 알고서 증착을 한다면 더욱 쉽게 증착박막에 대해서 이해할 수 있을 것 같다. 기회가 된다면 박막 물질과 진공증착의 두 조건인 진폭조건과 위상조건을 더 공부를 한 다음 직접 박막 코팅을 해봤으면 한다.

키워드

무반사막,   진공증착,   박막