本技术的用于金刚石红外窗口的高取向疏水氧化物增透膜制备方法属于光学薄膜制备技术领域,包括金刚石表面精密抛光、金刚石表面酸煮、磁控溅射等步骤。本发明采用高取向氧化物复合靶材制备高取向增透膜,采用低温与高温交替进行的镀膜方式,所制备的增透膜具有轻微疏水的特性及高取向特性;合成过程工艺连续性好,合成工艺简单。
背景技术
红外窗口是可以透过紫外线、可见光和红外线的光学窗口,随着时代的发展,红外窗口的应用范围逐渐由红外成像系统、红外测温仪、夜视仪等发展到CO2
激光器、能量传输窗口以及高马赫飞行器红外成像系统等,这对红外窗口材料提出了更高的要求,即需要具备耐高温、耐高辐射、高强度、宽带高透的性质。金刚石作为地球上硬度最高的物质,因其优异的热学、光学以及良好的化学稳定性,在红外窗口领域逐渐成为不可替代的材料。金刚石透过范围覆盖X射线、紫外、可见、红外、直至微波等波段,红外和微波波段透过率最高可达71%,并且由于原子序数低、共价键紧密和立方结构的原子组合,具有高强度、高导热性和耐久性。目前人工合成光学级单晶尺寸达到1-4英寸、多晶尺寸达到2-8英寸,这为金刚石的应用提供了基础。但是另一方面,金刚石理论透过率仅为71%,而实际透过率受制备工艺和表面粗糙度的影响,使其往往达不到70%,严重制约了金刚石在光学领域的应用。因此,解决金刚石光学透过性能成为最关键的问题。为满足金刚石在长波红外波段的应用,往往需要镀制增透膜。根据红外光的增透机制,与金刚石材料匹配的折射率大约为1.55。目前常用的增透膜主要为磁控溅射等方案制备的氧化物如HfO2
、Y2
O3
等,具有细小晶粒、均匀致密、低粗糙度和取向明显的增透膜,可显著提高金刚石表面防护能力,并能实现金刚石膜的高透过率。氧化物增透膜的结构受沉积因素(沉积温度、氧分压、腔压、溅射功率、直流偏压)、深加工(热处理)以及表面改性等因素影响较大。目前,增透膜主要利用金属靶材并通过添加氧气获得,呈现多种晶相并存的膜系结构。一般认为立方相氧化物具有更高的折射率、更低的增透膜厚度,但是增透效率相对较差。而单斜相氧化物折射率更匹配、更易提高增透性能,但是晶粒尺寸更大、晶格应变更大。同时,不同晶体结构之间会出现竞争生长的现象,因此,多相氧化物增透膜的性能受到均匀性的影响,不同区域存在结晶种类、含量等不同从而导致增透性能的均匀性面临挑战。
实现思路