[发明专利]光学元件用AlON保护膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，特别涉及一种光学元件用AlON保护膜的制备方法。

背景技术

ZnSe、ZnS、Ge等材料硬度低，因此由这些材料制成的光学元件在工作环境中表面易受损而影响正常工作，而KCl等离子晶体制成的棱镜、窗口等由于在大气中极易潮解，因此都需要在表面涂覆保护膜以保证正常使用。

理想的光学保护膜除应具有可见、近红外、中红外、远红外多波段透明、吸收系数小等光学性能外，还应具有机械强度高、硬度高、耐磨损、化学稳定性好、耐腐蚀等特点。DLC、Ge_1-xC_x膜是常用的光学元件保护膜，但由于其本身存在诸如应力大、吸收大及可见光波段不透明等缺点限制了其应用范围。

Al₂O₃是一种常用的光学薄膜材料，同时其机械强度高，硬度高、化学性能稳定，如在机械行业常将Al₂O₃薄膜用作工具用硬质涂层，但Al₂O₃在长波波段(8～12μm)的吸收系数很大，因此Al₂O₃薄膜一般只用于0.2～8μm。如果N原子能够替代Al₂O₃结构中的部分O原子，形成本发明所述的AlON结构，那么随着N原子含量的增加，长波吸收将显著降低，使AlON薄膜可以应用到0.2～12μm宽波段，但由于随着N原子含量的增加，薄膜机械性能也会逐渐下降，因此要根据使用要求调整O/N比例，达到光学性能和机械性能的匹配。

发明内容

本发明提供了一种光学元件用AlON保护膜的制备方法，以高纯金属Al为靶，Ar气为工作气体，N₂气和O₂气为反应气体，采用反应磁控溅射工艺制备AlON膜，其特征在于，制备过程包括以下步骤：

(1)将光学元件基片放置到基片台上，首先将真空室真空抽至高于3×10^-3Pa，然后将基体加热到室温～800C；

(2)向真空室充入Ar气，保持真空在0.1～0.5Pa，溅射功率100～1000W，对靶表面轰击清洗8-12分钟；

(3)按N₂/(N₂+O₂)＝0.05～0.95、(N₂+O₂)/Ar＝0.1～0.5的比例范围通入Ar、N₂气和O₂气的混合气体，保持溅射功率50～300W，工作真空0.1～0.3Pa，沉积AlON膜直至达到所需的厚度；

(4)沉积结束后在上述混合气体中将工件温度缓慢降至室温，降温速率30～100C/小时。

所述的磁控溅射工艺为射频磁控溅射工艺或直流磁控溅射工艺。

所述磁控溅射工艺沉积过程中膜厚是由沉积速率和沉积时间控制。

所述磁控溅射工艺沉积过程气体的流量通过气体质量流量计控制，流量范围为5～200sccm。

所述光学元件指光学系统用棱镜、透镜和窗口，其材料包括ZnS、ZnSe、Ge、Si、石英玻璃、As₂S₃、KCl和CaF₂，其形状为平板形或球冠形。

所述AlON保护膜，N/(N+O)原子比的范围为5～95％，其中N原子含量高时长波波段吸收率小，但机械性能较差，O原子含量高时机械性能较好，但长波波段吸收率大，透过性能较差。。

所述AlON保护膜为单面保护膜或双面保护膜。

本发明的有益效果为：制备的AlON薄膜，在0.2～12μm宽波段范围内具有高的透过率和低的吸收系数，且机械强度高、硬度高、耐磨损、化学稳定性好、耐腐蚀，适于做军用光学窗口的硬质保护膜，也适于做一般光学元件如棱镜、透镜等的防潮保护膜及抗磨损膜。

附图说明

图1为制备AlON薄膜的反应磁控溅射沉积设备简图。

图中标号：

1-AlON保护膜；2-磁铁装置；3-Al靶；4-真空室；5-进气口；6-出气口；7-溅射电源；8-基片台；9-加热器；10-光学元件基片。

具体实施方式

本发明提供了一种光学元件用AlON保护膜的制备方法，下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。