[发明专利]一种DLC红外抗反射保护膜及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种DLC红外抗反射保护膜及其制备方法。该红外抗反射保护膜通过非平衡磁控溅射法成膜于红外透明光学元件的入射面或入射面与出射面上，使入射面的反射光量得到降低，该红外抗反射膜在较宽的红外波段具有较好的抗反射效果，同时该膜层具有耐磨抗蚀的作用。

二、背景技术

抗反射膜已广泛用于减少空气和光学元件边界光线反射的光学领域。照相机镜头、液晶显示器、汽车窗玻璃、太阳能电池、红外探测等便是这类应用的例子。

红外窗口是探测器红外探测等的前置保护部件，ZnSe、Ge、ZnS等是重要的红外窗口材料。由于探测器经常使用在恶劣的自然环境中，会受到各种尘粒和雨滴的冲蚀，导致红外窗口表面裂纹、腐蚀坑等的严重损伤，降低了红外透过率和材料强度，影响其探测。再者，红外窗口材料本身有一定的红外反射率，为了减少其在工作波段的反射量，要求在其表面镀制抗反射保护膜，同时起到耐磨抗蚀的保护作用。

类金刚石薄膜(Diamond-Like Carbon)简称DLC薄膜，是一类物理化学性质类似于金刚石且具有独特性能的亚稳态非晶碳膜。DLC膜的硬度高，耐磨、抗擦伤能力强，耐腐蚀性好，是理想的表面保护涂层，并且DLC膜具有较高的光学透过率(尤其是在短波紫外、整个红外波段)，微观表面十分光滑，光散射吸收小，其折射率依沉积技术和沉积条件的不同可在很宽的范围内变化，一般在1.7-2.5之间。因此，通过调节DLC膜的折射率，可满足不同红外透明光学元件抗反射涂层的要求。DLC膜在红外光学中的应用已有学者进行过研究。专利号为87105946.0的专利(申请专利公开号为CN1033653A)，以丁烷和氩气作为放电气体，在射频电压下产生辉光放电，使气体电离，在电场力作用下，使正离子撞击到负电极，在基体Ge衬底上沉积的类金刚薄膜，使8-11.5μm范围内的平均透射率≥90％。专利号为92108354.8的专利(申请专利公开号为CN1076552A)采用高频等离子体气相淀积法在碲镉汞(HgCdTe)材料的上沉积单层DLC薄膜，使8～14μm波段的红外透射率平均提高了16％。但是以上两专利存在一个相同的问题：透过波段较窄。

非平衡磁控溅射技术与其他成膜方式相比，具有高速、低温的特点，因此该方法比较经济、高效，并且，薄膜与基体之间的附着性能高。本发明采用非平衡磁控溅射法在ZnSe基体上镀DLC红外抗反射保护膜，使膜系在较宽的红外范围内具有较好的抗反射效果，同时DLC膜具有较好的耐磨抗蚀的能力。尚未见在ZnSe基体上采用非平衡磁控溅射技术制备DLC膜作为红外抗反射保护膜的专利报道。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种DLC红外抗反射保护膜及其制备方法。所述的红外抗反射保护膜在较宽红外波段具有抗反射效果的同时，提供耐磨抗蚀的保护。

为了实现上述目的，本发明的抗反射保护膜采用如下结构。

本发明的DLC抗反射保护膜成膜于ZnSe基体的入射面或者入射面与出射面上，以降低入射光线的反射光量，所述抗反射保护膜的特征在于，其具有二层薄膜沉积而成的结构：在ZnSe基体的表面上顺次沉积高折射率和低折射率的类金刚石(DLC)薄膜。高折射率和低折射率DLC膜的折射率分别为n₁和n₂，其厚度分别为d₁＝0.25λ/n₁，d₂＝0.25λ/n₂。第一层高折射率(n₁)DLC膜的折射率为1.8-2.5，第二层低折射率DLC膜的折射率n₂至少比第一层DLC薄膜的折射率n₁小0.1(λ为该红外抗反射膜的中心抗反射波长)。在ZnSe基体上沉积的DLC膜为双层膜，可以单面双层膜也可以双面双层膜。

本发明的在ZnSe基体上沉积DLC抗反射保护膜的方法，是采用非平衡磁控溅射法(包括射频、中频非平衡磁控溅射法)，以石墨(C)为靶源，以碳化物气体(包括甲烷、乙炔、丁烷)和氩气的混合气体为放电气体或以纯氩气为放电气体。抛光了的ZnSe在沉积前进行清洗、吹干、离子束溅射或反溅清洗等预处理；沉积DLC增透保护膜时，真空度在0.1Pa～2Pa之间，基体温度为25℃～150℃，中频电流为50mA～400mA，基体偏压为0V～-400V，进气分压比例[CH₄/(CH₄+Ar)]为1/6～5/6，通过控制中频功率、偏压和进气分压比例这些沉积参数获得所需要折射率的DLC膜。通过控制沉积时间获得所需要的膜层厚度，一般单层膜沉积时间为15～30分钟。