第36卷，第10期 2016年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 10 pp3388-3393
October, 2016
基于随圆偏振光谱法的玻璃表面离子束改性分析
孙瑶，汪洪
中国建筑材料科学研究总院，国家玻璃深加工工程技术中心，绿色建筑材料国家重点实验室，
太阳能与建筑节能玻聘材料加工技术北京市重点实验室，北京100024
摘要采用阳极层线性离子源解离氮气对玻璃表面进行刻蚀处理，研究表面改性后玻璃表面的变化，并分析离化电压对表面粗糙度、折射率以及光学厚度的影响，在此基础上，基于椭圆偏振光谱仪，通过对比不同表面状态下的△光谱，讨论固定波长变化人射角的△光谱曲线特征与表面折射率、布儒斯特角、粗糙度以及光学厚度之间的关系，结果表明，刻蚀后玻璃的布需斯特角附近的△光谱曲线形状发生变化，突变向高角度偏移，曲线下降斜率增大。通过建模并拟合分析发现，氮离子束轰击使玻璃表面产生光密介质层，表面折射率增大，布儒斯特角增大，粗糙度降低，且随离化电压升高，折射率不变，而光密介质层厚度增加。由原子力显微镜分析表面形貌，验证了离子束对玻聘表面的平整化作用，X射线光电子能谱绪果表明离子束使玻璃表面发生选择性溅射，推断光密介质层的产生来自于离子束对玻璃表面的夯实作用。此外，推导并验证了△光谱曲线的特征与材料表面状态之间的普适关系，提出了基于椭圆偏振光谱仪的材料表面评估方法，
两端尖角增大说明光学厚度增大。反之亦然。
关键词椭圆偏振光谱仪；玻璃；线性离子源；布儒斯特角；粗糙度
中图分类号：TN305.8
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)10338806
通过直流电源使阴阳极间形成电位差导致放电将中性气体原子离化产生定向运动离子的装置，离子束流进人真空腔室与工件表面相碰撞。相比于其他种类离子源来说，其结构简
对于光学镀膜而言，玻璃基材的表面质量非常重要，其
表面清清程度与粗租髓度将直接影响后续镀膜的质量，如薄膜的附着力，粗糙度以及光学性能与机械强度1-3}。不经过清洗的玻璃基材表面存在活性很强的羟基，会吸附潮气，导致玻璃表面覆盖一层水膜，使得玻璃基材与光学膜层之间形成相当松散的物理吸附，经过放置的玻聘基材表面将形成“钝化层”，因此镀膜前的基材处理是必不可少的，以往，镀膜前玻璃表面层的处理通过机械研磨或化学刻蚀。利用研磨工艺只适用于处理小尺寸玻聘基材，而且研磨破坏了在玻璃生产过程中形成的Na:SO保护层，所以研磨后的平板玻璃片如未能及时镀膜将更容易发生质蚀。化学刻蚀是把玻聘浸在0.5%的氢氟酸中15～60S，这种方法只能用于刻蚀发生得不太深的情况，否则表面会变得过于粗糙基至失去光泽，而且氢氟酸具有极强的腐蚀性，对人体和环境都有害。
随着科技的发展，最初用于航天器推进器离子引擎而设计发明的离子源应用日趋广泛。其中阳极层离子源是一种收稿日期：2015-08-10，修订日期：2015-12-15
单，阳极与阴极材料均为金属，没有灯丝或空心阴极枪作为发射电子的阴极，也没有加速离子的栅极，因此设备稳定，抗污染能力强3]，适用于大面积基材表面处理且对环境无毒害作用，而且离子源处理属于在线工艺，对玻璃基材清洗后立即镀膜，不存在二次污染问题，是镀膜前玻璃基材表面处理的首选。
前期研究发现9，不同解离气体种类清洗效果不同，氢气是进行基材清洗处理时最常用的情性气体，它具有离化率高，对物质溅射速率高的特点，但它也存在一些缺点，比如 Ar离子束会腐蚀离子源阴极铁质，溅射出的物质会污染离子源环境，产生绝缘的有害空间电荷，使离子束工艺不稳定。解离氧气与乘气相比，更倾间于化学分解而不单纯是机械溅射使表面实现清清，但溅射速率非常低，清洗效率低下。解离氮气能够规避上述两种气体的缺点，但是氮离子束对玻璃基材表面的改性效果，如表面粗糙度、光学常数、作用层深度尚不清楚。
基金项目：国家自然科学基金项目（51272245），国家"十二五"科技支撑计划项目（2013BAE12B01)资助作者简介万方数据，1982年生，中国建筑材料科学研究总院高级工程师
e-mail : sunyao119@163. com