Ge_xC_(1-x)薄膜在红外增透保护膜系设计和制备中的应用

用磁控反应溅射 (RS)法制备出 Gex C1 - x薄膜 ,它的折射率可在 1 .6～ 4.0之间变化 .设计出不同厚度的 Gex C1 - x均匀增透膜系和非均匀增透膜系 ,并在 Zn S基片上制备出 Gex C1 - x均匀增透膜系 .设计结果表明 ,均匀膜系能实现某一波段范围内增透 ,非均匀膜系能实现宽波段增透 ;当厚度增加时 ,均匀增透膜系的透过率曲线变得急剧振荡 ,非均匀膜系的透过率曲线变得更为平滑 ,且向长波段扩展 .实验结果表明 ,在 8～ 1 1 .5 μm波段 ,Zn S基片双面镀 Gex C1 - x均匀增透膜系后平均透过率为 90 .4% ,比未镀膜的 Zn S基片 (平均透过率为 73.9% )净增加 1 6 .5 % .

ZnS头罩增透保护膜系制备

利用计算机对不同运动轨迹下 Zn S头罩外表面膜厚分布进行了模拟 ,优化出头罩的最佳运动轨迹 ,在该轨轨迹下采用射频磁控反应溅射 (RRFS)法进行头罩镀膜 ,能够得到满足使用要求的薄膜厚度均匀性 .实验结果表明 ,头罩外表面薄膜厚度不均匀性小于 10 % ,双面镀膜后 ,8～ 11.5 μm波段平均透过率从 6 9.6 %提高到 87.2 %以上 ,透过率的不均匀性小于 1.2 % ,满足了红外应用中对 Zn S头罩的要求 .

非晶金刚石与非晶碳化锗复合增透保护膜系的设计与实现

为了有效保护硫化锌等红外光学元件并提高其在工作波段的透过率,根据薄膜光学原理进行增透设计,从而获得膜系光学参数;采用射频磁控溅射技术制备非晶碳化锗薄膜,通过调整甲烷流速比调整薄膜的折射率,根据流速比和沉积时间控制膜厚,再用过滤阴极真空电弧技术制备非晶金刚石薄膜,分别改变衬底偏压和沉积时间控制薄膜的折射率和膜厚.利用光谱椭偏仪和台阶仪表征薄膜折射率和膜厚,通过小角X射线反射和X射线光电子谱测试非晶金刚石薄膜的密度和非晶碳化锗薄膜中的锗含量,使用纳米压痕仪和傅里叶红外透射谱仪确定薄膜的硬度和红外透过率.试验表明,非晶金刚石和非晶碳化锗薄膜的折射率分别与薄膜的密度和薄膜中的锗含量密切相关,非晶金刚石与非晶碳化锗复合膜系是硫化锌等红外光学元件性能优异的增透保护膜.

红外增透保护膜系软件设计及应用

根据制备红外增透保护膜系需要 ,编制了一个红外增透保护膜系软件。该软件可以设计、计算多层红外均匀增透保护膜系和非均匀增透保护膜系 ,更有强大多层膜系结构分析功能 ,不仅可以对设计的膜系进行综合评价 ,而且能对制备的膜系结构进行分析。实验结果表明 。

Ge_xC_(1-x)非均匀增透保护膜系的设计和制备

用射频磁控反应溅射法 (RS)制备出 Gex C1-x薄膜 ,其折射率可以在 1 .7～ 4.0之间变化。设计出单层 Gex C1-x非均匀增透保护膜和含有 Gex C1-x非均匀膜的多层增透保护膜系 ,并在 Zn S基片上制备出 Gex C1-x单层非均匀增透保护膜。设计和实验结果表明 ,Zn S衬底上制备的非均匀膜实现了宽波段的增透 ,在 5 0 0 0～ 85 0 cm-1波数范围内 ,平均透过率从 6 7.1 9%提高到 78.70 % ,比未镀膜净增加 1 1 .5 1 %。

碳化锗双层膜作为增透保护膜的制备及性能

利用磁控溅射方法在ZnS基底上设计并制备了一种Ge1-xCx双层膜,研究发现双面镀Ge1-xCx双层膜后,ZnS基底在8～11.5μm远红外波段的平均透过率提高了9.5%,硬度提高了近3倍,而且该双层膜还具有良好的热稳定性和耐热冲击能力。研究结果表明,此Ge1-xCx双层膜是一种高效的ZnS红外窗口增透保护膜。

氟镓酸盐红外玻璃窗口多波段增透保护膜研制

氟镓酸盐玻璃是一种性能良好的红外光窗材料。为了提升窗口观测、探测及防护性能,在氟镓酸盐基底上设计和制备了0.4~0.9 μm、1.064 μm、3.7~4.8 μm三波段复合增透保护膜。根据光学性能及环境稳定性要求选择薄膜材料并对膜系进行了设计,然后利用电子束蒸发方法对多层膜进行了制备。测量结果表明,2.9 μm处的水吸收峰拉低了中红外波段的透过率。通过改进工艺及后处理等途径提高了膜层致密度,有效抑制了膜层的水吸收。利用沸水浸泡法对镀膜元件的环境稳定性进行了实验验证。结果表明,经过离子束辅助沉积及退火处理的薄膜样品具有较好的光学性能和环境适应性。

ZnS衬底表面制备HfO_2增透保护膜的性能

用射频磁控溅射法在CVD ZnS衬底上制备了HfO2薄膜,利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和纳米力学探针对HfO2薄膜的结构和性能进行了分析和测试。结果表明,制备的HfO2为单斜相,膜层致密、表面平整、粗糙度仅为3.0 nm,硬度(7.3 GPa)显著高于衬底ZnS的硬度(2.6 GPa)。采用ZnO薄膜作过渡层,可有效提高HfO2与ZnS衬底的结合强度。单面镀制HfO2薄膜后,ZnS衬底在8-12μm长波红外波段的透过率最高可达81.5%,较之ZnS基体提高了5.8%,双面镀制HfO2薄膜后透过率最高可达90.5%,较之ZnS基体提高了14.8%,与理论计算结果吻合较好,适合作为ZnS窗口的增透保护膜。

金刚石红外增透保护膜的研制及特性拟合

论述了在硅基板上用热灯丝法制备金刚石红外增透保护膜的工艺，通过多灯丝法、预打磨处理以及加偏压等方法得到了特性优良的金刚石薄膜，并利用对金刚石薄膜─硅板体系红外透射率的曲线拟合，推知了一系列不易直接测量的特性参数，如折射率，吸收系数，薄膜厚度等。

248nm纳秒激光沉积类金刚石增透保护膜的工艺研究

激光沉积的类金刚石膜是红外窗口增透保护膜的极佳选择。采用波长248 nm的纳秒脉冲激光沉积硅基底类金刚石膜,研究了不同脉冲能量对膜层光学性能、机械硬度及内应力等工程应用参数的影响。实验发现,随着准分子激光脉冲能量的提高,类金刚石膜样品的红外透射率和表面硬度逐步提高,表明高能量有利于沉积光学级类金刚石保护膜;但同时,膜层的内应力也随着激光脉冲能量的提高而增大,不利于膜层在基底上的附着,需要采用其他技术和工艺消除内应力过大的问题。分析结果为纳秒脉冲激光沉积类金刚石膜的研究提供了实践基础。

ZnS衬底上GeC/GaP增透保护膜系的制备及红外光学性质

把GeC／GaP双层膜用作ZnS衬底的长波红外（8～11．5μm波段）增透保护膜系。采用射频磁控溅射法，以高纯Ar为工作气体、单晶GaP圆片为靶制备了GaP薄膜；用射频磁控反应溅射法在高纯Ar和CH4的混合气体中，以单晶Ge圆片为靶制备了GeC薄膜。分别用柯西（Cauchy）公式和乌尔巴赫（Urbach）公式表示折射率和吸收系数，对薄膜的红外透射率曲线进行最小二乘法拟合，得到了它们的厚度及折射率、吸收系数等光学常数。GaP膜的折射率与块体材料的相近，在波长10μm处约为2．9；GeC膜的折射率较小，在波长10μm处约为1．78。用所得到的薄膜折射率，通过计算机膜系自动设计软件在ZnS衬底上设计并制备出了GeC／GaP双层增透保护膜系，当GaP膜厚较大时，由于吸收增大膜系增透效果较差；当GaP膜厚较小时，膜系有较好的增透效果。

多波段红外增透与保护膜技术的研究

采用电子束真空镀膜和离子辅助沉积的方法，在口径φ150mm，厚度6mm．且具有较大曲率的多光谱ZnS导流罩上，镀制红外增透保护膜。所镀膜层在3～5μm平均透过率高于90％，在8～10μm平均透过率高于92％，并且能够承受恶劣的环境测试。

超硬非晶碳薄膜用作红外增透膜的研究

用激光烧蚀石墨靶方法在单晶硅衬底表面沉积了不同厚度的非晶碳膜。对膜进行了表面形貌观察、显微硬度测试 ,测试并分析了膜的Raman光谱和傅立叶变换红外光谱。发现膜含微晶石墨杂质较少 ,具有硬度高、化学惰性等优点 ,适应于制作硅衬底上波长低于

非平衡磁控溅射DLC薄膜应力研究

类金刚石(DLC) 薄膜可用作红外增透保护膜,高的薄膜残余应力造成薄膜附着力下降是目前应用中存在的主要问题之一.本文从DLC薄膜作为红外增透保护膜的需求出发,采用非平衡磁控溅射技术生长DLC薄膜.实测了薄膜的残余应力,分析研究了薄膜残余应力在不同工艺条件下的变化情况.探讨了薄膜残余应力与薄膜厚度、光学透过率、离子能量、沉积速率以及能流密度之间的关系.研究结果表明,薄膜残余应力平衡值在0.9～2.2GPa之间,相应的单面镀膜样片的透过率在4μm波长处为69% ～ 63%,随工艺的不同而变化.工艺优化后薄膜残余应力显著下降.硅基底上薄膜与基底剥离的力的临界值大于2160GPa·nm,最大薄膜厚度≥ 2400nm;锗基底上最大薄膜厚度≥ 2000nm,可以满足整个红外波段的需求.

GaP薄膜的制备与性能研究

利用磁控溅射法成功地制备出 Ga P薄膜 ,并对 Ga P薄膜的沉积速率、成分、结构及红外光学性能进行了研究。结果表明 ,沉积薄膜中 Ga与 P的原子比接近 1∶ 1,形成了 Ga P化合物 ,呈非晶态结构。设计并制备出 Ga P/ DL C复合膜系 ,结果表明该膜系在 8～ 11.5 μm波段对 Zn S衬底具有明显的增透效果。制备的 Ga P薄膜的硬度明显高于 Zn S衬底的硬度 ,且与 Zn S衬底结合牢固 。