各类光学薄膜厚度测量仪测量误差差异性研究(3)
电离真空计，由筒状阳极、阴极和栅极组成。是利用气体电离时产生的离子流与压强有关这一原理制成的。阴极发射的电子在电场作用下飞向阳极与气体分子碰撞使气体分子电离,实验证明:电离真空计内压强 在1.33×10-1Pa以下时,产生的离子流与阴极发射的电子流有以下关系： 式中 是一特征常数，它的大小和气体的种类有关。当 保持不变，则有 。
开始使用热偶真空计测量系统的真空度,当真空度高于0.1Pa(即压强小于0.1Pa)时,才能接通电离计,否则,容易损坏电离计。电离计的极限真空度为6.67×10-4Pa。当钟罩内部真空度达到镀膜要求准备镀膜时,要关闭电离真空计。当镀膜完成后准备结束实验时,关闭复合真空计开关和油扩散泵,并保证机械泵仍处于开状态且仍有持续的循环水工作,直至有扩散泵温度降到常温后,方可结束实验(关闭机械泵、循环水及电源开关)。
2.1.2 薄膜的形成
镀制材料经加热形成气相原子（分子）在基片表面上单体吸附，被吸附的原子形成大小不同的各种小原子团，小原子团形成临界核，临界核捕获周围的单体逐渐长大，在临界核长大的同时，非捕获区的单体逐渐形成临界核，由临界核形成的稳定核长大到相互接触时，彼此结合后形成小岛，由于结合而成的新岛所占面积小于结合前的两岛，所以在基片上暴露新的表面积，在新暴露的基片表面积上吸附单体，发生“二次”成核，小岛长大结合成为大岛，大岛长大相互结合成更大的岛，，在新暴露的表面积上发生“二次”或“三次”成核，岛与岛的相互结合，形成带有沟道和空洞的薄膜，在沟道和空洞处发生“二次”或“三次”成核，逐渐形成连续的薄膜[10]。
2.2 薄膜厚度监控技术
对于光学薄膜来说，厚度是除折射率之外最重要的参数，因此准确控制薄膜的厚度就成为制备光学薄膜的关键，目前薄膜制备过程中厚度的实时监控，大都采用光电极值法和石英晶体振荡法。
2.2.1 晶控（石英晶体振荡法）
石英晶体振荡法监控膜厚，主要是利用了石英晶体的压电效应和质量负荷效应，通过测定其固有谐振频率或者与固有谐振频率有关的参量变化来监控淀积薄膜的厚度[6,8]。
石英晶体的固有频率不仅取决于几何尺寸和切割类型，而且还取决于厚度，
(2.1)
式中 是频率常数，对AT切割的石英晶体， ， 是晶体的几何厚度。对上式微分得到：
(2.2)
为了把石英晶体厚度增量变换成膜层厚度增量，利用关系式
(2.3)
式中： 是晶体的受镀面积， 为膜层密度， 为石英密度，等于 。于是 ，所以 。因为 ，最后得
(2.4)
式中： 是石英晶体的基频（如5MHz）， 对于既定材料已知，可见 为常数，从而建立了 与 之间的线性关系。所以可以借助检测石英晶体固有谐振频率的变化，实现对膜厚的监控．显然随着镀膜时膜层厚度的增加，频率单调地线性下降，观察方便，不会出现光电极值法监控系统中控制信号的起伏．这种计算膜厚的方法假定了沉积的膜层没有改变石英晶体的谐振频率，而实际上沉积的膜层已经改变了石英晶体的谐振频率，由单一材料的振荡模式变成二种材料的混合振荡模式，考虑到这一点，石英晶控仪采用了声阻抗法测厚的公式，即