节拍。
低重力供液:0–140 mL min⁻¹ 无脉动线性调节,配合齿轮泵闭环反馈,厚度重复性 ±1 nm(以 550 nm 波长反射率监控)。
三、工艺路线与实验设计
步骤 1:基板清洗
– 顺序超声(RBST105→去离子水→丙酮→乙醇),60 °C 热风 30 min;
– UV/O₃ 处理 10 min,表面接触角 < 5°,确保后续液滴铺展。
步骤 2:喷涂参数矩阵
采用 Box-Behnken 设计,变量:枪距 A(150–250 mm)、雾化压 B(0.15–0.25 MPa)、走枪速度 C(50–150 mm s⁻¹)、供液量 D(20–60 mL min⁻¹)。响应值:膜厚均匀性 U = (t_max – t_min)/t_avg、粗糙度 Rq、激光损伤阈值。
步骤 3:在线监测
– 激光位移传感器(KEYENCE LJ-V7300)扫描,实时输出 2D 厚度云图;
– 光谱椭偏(J. A. Woollam M-2000)闭环反馈,终止条件:|n·d – target| < 0.2 nm。
四、结果与讨论
厚度均匀性
参数:A = 200 mm,B = 0.20 MPa,C = 100 mm s⁻¹,D = 30 mL min⁻¹,单道湿膜 0.8 µm,烘干后 95 nm。在 Ø 150 mm 区域测得 U = 1.7 %,优于旋涂对比样 4.5 %。
表面粗糙度
AFM 10 µm × 10 µm 扫描显示 Rq = 0.28 nm,接近基板本征值 0.25 nm;无桔皮、无 Mie 散射点。
光学性能
– 193 nm 增透膜:单面反射率由 7.2 % 降至 0.15 %(VUV 分光光度计);
– 355 nm 高反膜:损伤阈值 18 J cm⁻²(8 ns,1-on-1),较 e-beam 蒸镀提升 22 %。
工艺放大
在 Ø 400 mm、R 2 m 的轻量化 SiC 镜坯上完成 27 层 HfO₂/SiO₂ 高反膜,面形变化 ΔPV < 30 nm(ZYGO DynaFiz 干涉仪),满足太空激光通信 λ/20 要求。
五、结论与展望
Fusoseiki MK-3 通过“微米级雾化 + 低动能沉积”组合,成功将喷涂工艺推进到光学级精度,为复杂曲面、大口径及热敏感基底提供了低应力、高效率的涂层方案。未来工作将聚焦:
与超临界 CO₂ 干燥集成,消除毛细力导致的龟裂;
开发 1 μm 以下超细雾滴喷嘴,实现单纳米层厚控制;
结合 AI 视觉闭环,实现“边喷边抛”一体化智能制造。