不同摩擦副条件下二硫化钼薄膜的摩擦学性能研究

为了研究MoS_(2)-Ti薄膜与9Cr18钢、W-DLC和DLC薄膜的摩擦学行为,分别采用磁控溅射技术和等离子体增强化学气相沉积技术在9Cr18钢表面沉积了MoS_(2)-Ti薄膜、W-DLC和DLC薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了薄膜的表面形貌、化学成分和相组成。利用纳米压痕仪和球-盘摩擦试验机对不同薄膜的纳米硬度和摩擦学性能进行了分析。研究结果表明,MoS_(2)-Ti薄膜与DLC薄膜的摩擦因数和磨损率最小。相比MoS_(2)-Ti薄膜与不镀膜的9Cr18钢球摩擦副,MoS_(2)-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的摩擦因数和磨损率没有减小。MoS_(2)-Ti薄膜与W-DLC薄膜摩擦副的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,与DLC薄膜摩擦副的磨损机制为黏着磨损。摩擦副表面沉积DLC薄膜有助于降低MoS_(2)-Ti薄膜的摩擦因数和磨损率。

溶胶-凝胶SiO_(2)减反膜的制备与光学性能研究

碱催化溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜具有优异的光学性能及抗激光损伤性能,是高功率激光装置中的重要组成部分,但其与光学元件之间的结合强度低,使得膜层易发生接触破坏。本研究以“神光II”高功率激光装置溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜为基础,通过提拉法在其表层涂覆致密的SiO_(2)薄层后得到机械强度提升的双层SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-MTES),并与常用的单层氨固化SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-HMDS)进行相关应用性能的综合比较。结果表明,涂覆SiO_(2)-MTES的熔石英在约800 nm处的峰值透过率大于99.6%,运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该双层SiO_(2)减反膜的零几率激光损伤阈值为51.9 J/cm^(2)(1064 nm,9.1 ns),与涂覆SiO_(2)-HMDS的性能相当。同时,SiO_(2)-MTES膜层与水的接触角达到117.3°,且在相对湿度大于90%的高湿环境中膜层的透过率较稳定。多次擦拭实验结果表明SiO_(2)-MTES的耐摩擦机械强度明显优于SiO_(2)-HMDS,有效提升了膜层与光学元件之间的结合强度。

ITO/AgNWs/ITO薄膜的制备及其性能研究

随着显示面板向超大尺寸、超高清、可触控的方向发展,单一的氧化铟锡(ITO)薄膜难以满足显示器件越来越高的光电性能要求,因此复合导电薄膜得以发展。本文制备了以二维银纳米线(AgNWs)导电网络嵌入ITO薄膜形成的ITO(222)/AgNWs/ITO(400)复合薄膜结构,系统研究了AgNWs添加量和上层ITO薄膜溅射温度对复合薄膜结构与光电性能的影响,AgNWs金属导电网络不仅提升了薄膜的电学性能,还保持了优良的光学性能。结果表明,在旋涂600μL的AgNWs分散液、上层ITO薄膜的溅射温度为175℃时,制备的复合ITO薄膜方阻为7.13Ω/□,在550 nm处透过率为91.52%,且品质因数为57.82×10^(-3)Ω^(-1),实现了超低电阻率和高可见光透过率复合ITO薄膜的制备。

45°倾斜应用的多通道干涉截止滤光片研制

光纤通信的发展对通信器件中薄膜滤光片提出了新的要求。根据45°倾斜应用的多通道干涉截止滤光片的设计指标,选择Nb2O5和SiO2为高、低折射率材料设计非规整膜系,以减少偏振效应的影响。结合APS1104型镀膜机的特点,分析了设计膜系的膜层灵敏度和薄膜生长过程中的模拟监控曲线,判断设计薄膜的可镀制性。然后采取直接光学监控方式,选择合适的镀制工艺成功镀制滤光片。测试结果表明:滤光片在45°倾斜应用条件下,1255~1365 nm、1475~1502 nm双通带最大插入损耗为0.199 dB,1547~1565 nm为反射带,通带隔离度为17.3 dB,满足系统应用需求。

可见光减反射膜薄层控制误差的分析与性能优化

为提升光学镜头的成像质量,消除杂散光的影响,以K9玻璃为基底设计可见光波段平均反射率小于0.1%的减反射膜。采用电子束离子辅助沉积的制备方式,针对薄层敏感度高、光谱变化大等问题,通过建立稳定控制膜层厚度的数学模型来减小膜厚误差,提高制备精度和成膜稳定性。对减反射膜进行环测实验,优化调整工艺参数,侧重提高减反射膜的硬度和耐水煮能力。实验结果表明,最终制备出的减反射膜在420~680 nm波段内的平均反射率约为0.044%,最高反射率为0.0712%,克服了以MgF2为外层的减反射膜机械性能和化学稳定性较差的问题,满足工程应用低损耗、稳定可靠、高强度、可重复性制备的要求。

草状氧化铝微结构渐变折射率的计算及实验研究

针对草状氧化铝的微纳结构对折射率的影响,采用台体计算法与柱体计算法计算氧化铝的体积,使用Clausius-Mossotti方程式与MATLAB软件拟合计算微纳结构的折射率变化,使用TFC软件进行拟合,最终计算出草状氧化铝的渐变折射率,研究其微结构的形貌特征及渐变折射率的分布,计算其可见光减反射性能。采用电子束沉积氧化铝薄膜,通过对沉积温度、水煮工艺等参数的优化,获得了不同结构的草状氧化铝纳米薄膜,制备了可见光波段420~680 nm的减反射薄膜。

空间柔性阵列天线薄膜阵面制造技术研究

简要阐述了空间柔性天线的进展,分析了空间柔性天线薄膜阵面制造关键技术。研究了薄膜阵面电磁波传输金属薄膜制备技术、薄膜阵面图形化制造技术、薄膜阵面拼接用材料评价、薄膜阵面的裁切技术等。采用磁控溅射技术,通过溅射功率、走带张力、走带速度的调节,在有机柔性薄膜基材上镀制了不同厚度的金属铜膜,实现了有机柔性薄膜基材的表面金属化;利用飞秒激光刻蚀精度高,不损伤柔性薄膜基材的特点,获得了图形化的金属薄膜阵面单元;对3M92号胶带与改性聚酰亚胺胶接材料的拼接强度与耐高低温性能进行了试验对比,发现改性聚酰亚胺胶接材料的强度与耐高低温性能更好,更适合薄膜阵面的拼接;对比了用纳秒激光和飞秒激光裁切的薄膜微观形貌,结果表明,用飞秒激光裁切的切面光滑,无烧蚀与毛刺,适合于高精度薄膜阵面的制造。研究为空间柔性阵列薄膜天线的制造提供了大量的基础数据。

化学气相沉积SiC涂层反应特性及沉积过程的模拟研究

借助基于有限元原理的COMSOL软件和分子动力学模拟原理的Reax FF软件对化学气相沉积技术制备SiC涂层的反应特性及沉积过程进行模拟研究,为高温抗氧化复合涂层体系中SiC中间层的工艺优化及制备提供理论支持。结果表明,化学气相沉积SiC涂层过程包括前驱体三氯甲基硅烷(CH_(3)SiCl_(3))的扩散过程和热解反应过程,SiC涂层在扩散过程不会生长,仅从10^(−4)s后的热解反应过程开始生长,沉积生长过程同时伴随涂层的解离。随着入射粒子能量的增大,单位时间内沉积到基底表面的Si和C粒子数不断增加。提高粒子入射能量有利于提高SiC涂层的致密度,当入射粒子能量大于2 eV时可以实现SiC涂层的均匀生长,而当入射能量高于6 eV时,解离的Si和C粒子数量增大,不利于SiC涂层的生长。综合而言,当入射能量为3 eV时,化学气相沉积的SiC涂层综合性能最佳。

典型低轨辐照环境对MoS_(2)-Ti薄膜真空摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射方法在9Cr18基底上制备了MoS_(2)-Ti薄膜,并对4组样品分别进行了电子辐照、电子/质子辐照、电子/质子/紫外辐照、电子/质子/紫外/原子氧辐照。采用SEM、XRD、XPS分析了辐照前后薄膜的结构和化学组成变化,通过摩擦试验考察了辐照前后薄膜的摩擦学性能,探讨了其损伤机制。研究结果表明,电子辐照、质子辐照、紫外辐照对MoS_(2)-Ti薄膜的显微组织结构、表面形貌及摩擦学性能没有明显影响。动能5 eV的原子氧对MoS_(2)-Ti薄膜表面有显著的损伤,主要表现在表面出现“绒毯”状形态,Mo、S和Ti元素被氧化成高价氧化物。原子氧辐照导致MoS_(2)-Ti薄膜摩擦起始和中段摩擦因数升高、中段摩擦因数不稳定,比磨损率增大。

铟锡氧(ITO)和氟锡氧(FTO)透明导电薄膜的表征与分析

本文以射频(RF)磁控溅射方法制备的ITO薄膜和购置的ITO及FTO薄膜为研究对象,通过紫外可见分光光度计表征薄膜样品的透射率,结果表明ITO和FTO薄膜均展现出良好的光学透过率。采用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜样品的表面形貌,所有薄膜样品的表面较为均匀。通过X射线光电子能谱仪(XPS)表征薄膜样品表面的元素、组成、价态和电子态信息,结果表明制备方式与退火处理等因素影响了薄膜样品表面的元素组成与价态,这些信息与薄膜的电学和光学性能具有一定的关联。上述研究结果可以为新型透明导电薄膜的设计和性能提升提供参考。

汽车用硫系玻璃元件红外双波段增透膜的研制

基于硫系玻璃IRG206(As40Se60)基底,研制了3.7~4.8μm及7.5~9.5μm双波段增透膜,可用于汽车红外夜视成像系统。采用电子束和电阻蒸发离子辅助沉积技术,结合化学键分析选取连接层材料,提高基底与膜层之间的结合力;利用离子辅助应力调控技术,优化膜层应力,实现膜层应力的匹配,解决硫系玻璃表面脱膜问题。测试结果表明,该膜层在3.7~4.8μm波段平均透过率为98.31%,在7.5~9.5μm波段平均透过率为97.43%,通过了牢固度、盐雾、高低温、摩擦等环境测试,能够满足汽车红外夜视成像系统的使用要求。

磁控溅射制备碳化硼薄膜的结构与成分分析

近年来国际上^(3)He资源的短缺造成了基于^(3)He的中子探测器高昂的成本,而以碳化硼薄膜作为中子转换层的硼基中子探测器逐渐成为了最有前景的替代方案。通过直流磁控溅射制备了Ti/B_(4)C多层膜,并使用透射电子显微镜(TEM)、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对薄膜的结构与成分进行表征。结果表明:Ti层存在结晶情况;H、O、N元素为薄膜内部的主要杂质,且多分布于Ti层与B_(4)C-on-Ti过渡层中;更高的本底真空度能够降低碳化硼薄膜内的杂质含量,提高B含量占比;中子探测效率测试结果证明本底真空度的提高能够有效提高碳化硼中子转换层的效率。

(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的制备与表征

利用磁控溅射技术制备由金属(Ag,Cu)膜、介质层TiO_(2)膜组成的双层汽车玻璃隔热膜样品。利用单因素分析法考察了溅射时间、溅射功率和Ar溅射流量三个因素对(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜透光隔热性能的影响。实验结果表明,在在本底真空度3×10^(-3) Pa,溅射气压2.1 Pa条件下,靶基距均为70 mm时,金属(Ag,Cu)膜溅射时间18 s,溅射功率80 W,Ar溅射流量20 sccm;介质层TiO_(2)膜溅射时间50 min,溅射功率115 W,溅射流量25 sccm时,(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的透光隔热性能最佳。

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

4.2 MO源MOCVD法是一种利用金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长的方法,主要用于化合物半导体气相生长上。在这项技术中,这些可分解的金属有机化合物被用作初始反应物,通常称为MO源。

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

(接2024年第1期88页)由于多数分子的键能为几个电子伏特(例如多数有机化合物的碳原子与金属原子的键能为3 eV,H_(2)的H-H键能为4.2 eV,NO_(2)的NO-O键能为3.12 eV,SiH_(4)的Si-H键能为3 eV),因此通常采用光子能量大于3.3 eV的紫外光来激发光解过程。光分解化学反应也可以用非相干光的普通紫外灯(如高压汞灯或低压汞灯)发出的光线激发,但采用紫外激光器能够得到强度更强、单色性能很好的紫外辐射。

第二十三讲 离子注入与离子辅助沉积技术

本讲主要内容:了解离子注入技术的基础理论、设备和工艺必备条件;了解各种离子源的结构及工作原理;了解半导体离子掺杂工艺与热扩散的差异;了解真空离子辅助沉积技术的原理和应用特点;了解离子辅助沉积技术与真空离子镀膜技术的各自特点和异同;了解不同离子辅助沉积工艺的原理、工艺过程及应用特点;了解真空离子辅助沉积镀膜技术的发展态势。

第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术

(接2024年第2期88页)■MOCVD技术的开发是由于半导体外延沉积的需要。对于金属的沉积,其初始物是相应的金属卤化物,对这些卤化物要求在中等温度(即低于约1000℃)能够分解。而某些金属卤化物在此温度范围内是稳定的,用常规CVD难以实现其沉积。在这种情况下金属有机化合物(如金属的甲基或乙基化合物等)已经成功地用来沉积相应的金属。用这种方法沉积的金属包括Cu、Pb、Fe、Co、Ni、Pt以及耐酸金属W和Mo。

第二十二讲化学气相沉积(CVD)技术

(接2023年第6期88页)微波等离子体CVD法是制备优质金刚石薄膜的好方法。在微波CVD装置中,极高频率的微波电场将使气体放电产生等离子体。等离子体中电子的快速往复运动进一步撞击气体分子,使得气体分子分解为H*和各种活性基团。这些大量的原子氢和活性的含碳基团是用低温低压的CVD方法沉积金刚石所必需的。

中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破Φ135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD)<1×10^(4)cm^(-2),具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×10^(4)cm^(-2),具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20~40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm^(-2);碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。

宽角度位相调控反射镜的设计与研制

宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件,用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论,采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构,设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb2O5和SiO2分别作为高、低折射率薄膜材料,通过误差分析,优化沉积工艺,采用电子束蒸发结合离子辅助沉积的方式,在德国莱宝Lab900-plus设备上制备出该薄膜元件。研制结果表明,反射镜在780 nm处、45°±7.5°入射范围内,其反射率大于99.3%,位相差控制在3°以内,满足量子通信系统的反射率及位相差控制要求,且通过相关环境模拟实验,满足可靠性要求,为该类偏振调控薄膜元件在下一代中高轨量子卫星中的工程应用打下了坚实的基础。