[发明专利]一种P型红外透明导电氧化物薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外透明导电氧化物薄膜的制备方法，尤其涉及一种P型红外透明导电氧化物薄膜的制备方法。

背景技术

红外探测系统在探测红外信号时，常会受到其他电磁波干扰使得被测物体红外信号与背景信号间的对比度产生误差，导致敏感的热释电红外线传感器反生误报。为了减少干扰电磁波信号对敏感传感器的影响，需要红外窗口具有屏蔽干扰电磁波的膜层。传统透明导电氧化物薄膜(TCO)多以n型半导体氧化物为主，具有较高的载流子浓度(>10¹⁹/cm³)和较小的有效电子质量，因此等离子波长很难延伸至中红外波段。一般的p型半导体氧化物(如CuAlO₂、NiO等)虽然具有一定的导电性，但是在红外波段的透过率却较低，不能满足高红外透过率的需求。虽然传统的导电氧化物膜层(ITO等透明导电材料)能够屏蔽电磁波，但只能在近红外波段具备高的透过性，在中红外和远红外波段呈现高反射性，无法将目标红外信号透过红外窗口，因此无法应用于红外探测器的窗口膜层。

本发明提出一种利用红外透明高介电质材料Y₂O₃掺杂铜元素的制膜方法以提供一种既中、远红外透明且屏蔽干扰电磁波的薄膜。

发明内容

本发明为解决现有的被动式红外探测系统中红外透明导电薄膜不能同时兼顾屏蔽干扰电磁波信号和保持中、远红外波段高透过性的问题，而提出一种P型红外透明导电氧化物薄膜的制备方法。

一种P型红外透明导电氧化物薄膜的制备方法，按以下步骤进行：

一、焊接：将一块尺寸为10mm×10mm，厚度为1mm的Cu片，利用压力电阻焊焊于直径为49mm的金属钇靶材上，形成一个组合靶材；

其中压力电阻焊的工艺参数为：压力为5kg～8kg，电流为150A～176A，电压为75V～100V；Cu片位于距钇靶中心径向距离为10mm～12mm处；

二、清洗：将步骤一中得到的组合靶材依次放在丙酮、酒精和去离子水中，在超声功率为300W～600W的条件下各清洗15min～30min，得到洁净的组合靶材；将ZnS衬底依次放在丙酮、酒精和去离子水中，在超声功率为300W～600W的条件下各清洗15min～30min，得到洁净的衬底材料；

三、镀膜前准备工作：首先将洁净的组合靶材安装至磁控溅射靶靶套上，并将洁净的ZnS衬底置于高真空磁控溅射镀膜系统内的加热台上的中心位置，然后启动真空系统将真空仓内抽成真空，使得真空度为1.0×10^-4Pa～8.0×10^-4Pa，接着启动加热装置，加热衬底温度至200℃～700℃；

四、在氧气氛中溅射镀膜：首先调节所述洁净的组合靶材的溅射功率在60W～200W之间，氩气气体流量调节为50sccm～150sccm，进行反溅和启辉操作后，通入氧气，氧气气体流量调节在2sccm～10sccm之间，将真空仓内气体压强降至0.8Pa～1.2Pa，并预溅射5min～10min，预溅射结束后，保持组合靶材溅射功率在60W～200W之间，开始向ZnS衬底表面镀膜，镀膜时间为1h～2h；

五、关机：关闭所有气阀及高真空磁控溅射系统操纵开关，关闭电源并将真空仓内温度降至25℃～70℃之间，得到膜厚为80nm～320nm的掺Cu的Y₂O₃薄膜。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明通过在ZnS光学窗口表面镀制具有中、远红外透明和屏蔽干扰电磁波的P型导电均质氧化物薄膜，有效避免红外线传感器反生误报，提高了红外探测系统内热释电红外线传感器的敏感性和准确性；

2、与现有的技术相比，用本发明在ZnS红外窗口上制备的铜摻杂氧化钇薄膜具有大约-10dB电磁屏蔽效率，且在红外波段透过率>70％，解决了红外透明导电薄膜不能同时兼顾屏蔽干扰电磁波信号和保持中、远红外波段高透过性的问题。

附图说明

图1为实验一制备的掺Cu的Y₂O₃薄膜的傅里叶红外透过光谱；

图中实线为实验一制备的掺Cu的Y₂O₃薄膜的红外透过率与波长的关系曲线，虚线为ZnS衬底的红外透过率与波长的关系曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。