[发明专利]硬薄膜

说明书

系统和方法经由膜的沉积提供表面性质的改进。典型的膜可以包括至少三种、包括至少四种组分，并且典型地包括氮和氧中的至少一种，包括氮和氧两者。膜可以包括硅、磷和硼中的至少一种，以及一种或更多种改性剂。对于一些膜，改性剂可以包括具有大于的阳离子场强的元素。膜可以具有高的硬度和/或模量。膜可以对可见光是大体上透明的。一些膜具有高折射率。一些膜具有低折射率。一些膜具有非常低的紫外线消光系数。

背景

1.技术领域

本发明总体上涉及具有改进的性质组合的保护膜，并且特别地涉及对光诸如可见光至少部分地透明的硬膜。

2.相关技术的描述

许多材料提供期望的整体性质的组合，但遭受不足的表面性质。为了减轻这些缺陷，可以在材料上沉积保护膜以增强材料的性质，特别是那些依赖于或接近材料的表面的性质。膜可以增加硬度、减少磨损、改进对环境退化(environmental degradation)的抗性、保护表面免受辐射、提供对表面的交流访问(communicative access)、改变表面的外观、修改表面的反射率和/或提供多种其他效果。

一些材料受益于具有增加的硬度、模量、耐磨性、强度和/或韧性的表面。在一些情况下，为满足某些本体要求而优化的整体材料性质需要表面性质的改进。这种改进可以经由膜的沉积来实现。

一些膜需要满足各种各样的要求。沉积在表面上的膜通常应该粘附至表面。保护表面免受磨损的膜不应使表面化学地降解。透明物品(例如窗、显示屏及类似物)上的保护膜不应使该物品的光学性能退化。典型地，具有高硬度的膜不是特别透明的，并且反之亦然。因此，保护光学部件可能需要具有机械性质和光学性质的不寻常组合的膜。

对改进的透明材料存在日益增加的需求，该改进的透明材料例如用于显示应用和电子应用的具有更好的机械性质和光学性质的玻璃。许多硬涂层不是透明的，并且许多透明涂层不是硬的，但一些材料将受益于将硬度和透明度组合的膜。便携式计算装置诸如移动电话、平板电脑及类似物具有经常暴露于磨损和/或天气的显示器，并且因此可以受益于保护显示器同时仍然提供必要光学性质的涂层。窗典型地花几十年暴露于环境，尤其是在潮湿的环境中，这可能需要宽范围的化学降解过程和物理降解过程(雨、灰尘、磨损、鸟粪、清洁液、擦洗、碎石及类似物)。保护性窗涂层通常不应使窗的光学性质退化(甚至在几十年的寿命内)，但仍改进本体窗材料(例如钠钙玻璃、硅、GaAs)中不足的某些性质。

有时，材料的性质的优化需要了解实验条件的变化对所得到的材料性质的影响。对制造材料的输入条件和材料性质的相应影响之间的这些关系之间的关系的改进的理解可以改进新材料开发所具有的效率。识别一组产生期望范围的性质的可控参数可能是有利的。

发明概述

各个方面提供了多组分薄膜，该多组分薄膜典型地经由至少三种元素的沉积被沉积在基底上。在一些情况下，元素靶(elemental target)在反应气氛的存在下的反应性溅射可以用于沉积多组分氧氮化物膜。一个或更多个与膜组成和/或微结构相关的实验控制参数可以被调节，以实现产生的膜的性质的变化。膜可以包括机械性质、光学性质和/或化学性质的有利组合。膜可以将高硬度、高模量和/或高耐磨性与高透明度、期望的带隙和/或一定的复折射率组合。

在一些实施方案中，膜包括至少四种元素。四种元素可以包括基质和至少一种改性剂元素，其典型地具有被选择以增强一种或更多种期望性质的阳离子场强度(CFS)。在一些膜中，增大改性剂CFS可以增加硬度、耐磨性和/或抗氧化性。在一些膜中，CFS可以被控制以在膜中设计期望的残余应力。CFS可以被控制以改进一些膜的光学性质。