真空光学窗口是真空镀膜系统中的“观察窗”和“信号通道”，其核心作用是在不破坏真空环境的前提下，实现对镀膜过程的实时、原位监测与控制。这是实现高质量、可重复性镀膜工艺的关键。

真空光学窗口

在真空镀膜中的应用

真空镀膜（如物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD）需要在密闭腔室内创造并维持高/超高真空环境。光学窗口在此的主要作用是实现工艺过程的实时原位监测与控制。

膜厚监控与速率控制

- 应用：在镀膜源（如电子束蒸发源、溅射靶材）与基底之间，或直接在基底附近安装光学窗口。

- 原理：

- 石英晶体微天平：虽然QCM探头在真空室内，但其电信号需要通过穿墙电极引出。而光学监控则完全依赖光学窗口。通过窗口将一束单色光（如激光）照射到生长中的膜层表面，探测反射光的强度变化。由于干涉效应，反射光强会随膜厚增加呈周期性变化，每个周期对应1/2波长的光学厚度，从而实现对膜厚和沉积速率的实时、高精度测量。

- 宽光谱监控：通过窗口采集基底反射的宽光谱，分析干涉光谱，可以同时监控膜厚和光学常数（折射率n，消光系数k）。

等离子体发射光谱监控

- 应用：主要用于等离子体增强CVD或磁控溅射等存在等离子体的工艺中。

- 原理：在腔室侧面安装光学窗口，通过光纤光谱仪收集等离子体的发射光谱。通过分析特定元素的特征谱线强度，可以在线监测等离子体成分、活性基团浓度，进而实现工艺稳定性控制和反应终点判断。

基片温度测量

- 应用：许多镀膜工艺对基底温度有严格要求。

- 原理：通过光学窗口，使用红外辐射高温计或热像仪非接触式地测量基底或加热器的温度，避免热电偶接触带来的污染和测量局限。

激光辅助加工

- 应用：在脉冲激光沉积技术中，高能脉冲激光需要通过高质量的抗激光损伤窗口直接照射真空室内的靶材，使其气化并在基底上沉积成膜。

对窗口的关键要求：

- 高透过率：在所用波段（紫外、可见、红外）内透光性好，减少信号损失。

- 低热膨胀：避免腔室烘烤去气（常加热至150-300°C）时，因与金属法兰热膨胀系数不匹配而破裂。

- 高真空密封性：通常通过金属封接或软金属垫圈实现与法兰的密封。

- 抗污染：有些窗口内侧可能有可拆卸的保护罩或设计成易于清洁的结构，防止薄膜材料沉积在窗口上影响透光。

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