[发明专利]一种中阶梯光栅用铝薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属厚铝薄膜加工技术领域，涉及一种中阶梯光栅用铝薄膜的制备方法。

背景技术

光谱仪是光谱学研究中最常使用和最重要的光学仪器之一，随着光谱学的发展以及对测量要求的提高，普通的光谱仪已经无法满足光谱分析的研究要求。中阶光栅光谱仪是一种新型的高分辨率光谱仪，中阶梯光栅光谱仪与常规光谱仪相比，具有检出限低、波段宽、无移动部件、结构紧凑、无需多次扫描曝光便可实现多元素光谱的瞬态测量的特点，利于实现高度智能化和自动化，代表了先进光谱技术的发展趋势。同时，在天文学，量子力学，集成光学等越来越多的领域备受关注。因此，衍射光栅的制作工艺的精度和制作要求也不断提高，而对光栅制造工艺中的镀膜技术也有了更多的要求。

高精度中阶梯光栅是在石英/微晶玻璃为基底的厚铝上刻划制作，理论设计要求光栅刻划需要厚度大于7微米、厚度均匀性控制在2％以内的高质量金属厚铝膜。薄膜的质量例如表面粗糙度、面形、反射率、致密性以及均匀性等性能参数对光栅刻划及衍射效率起着非常关键的作用。常规金属反射镜由于厚度薄，工艺相对成熟。随着厚度增加，薄膜沉积过程中的温度升高、内部结构疏松、表面粗糙度增加、表面光泽度下降等问题都面临，严重影响光栅刻划及衍射效率。传统的光栅用金属薄膜制作工艺包括磁控溅射和电阻式蒸发，但是这两种工艺满足不了目标要求。

CN102681058A公开了一种多孔氧化铝基相位透射光栅的制备方法，先在透明硬质光学基片表面采用磁控溅射或化学气相沉积的方法镀制一层透明导电氧化物层；再采用溅射或蒸发的方法在透明导电氧化物层镀制一层纯度大于99.99％的高纯铝薄膜；然后制备成多孔氧化铝薄膜；在多孔氧化铝薄膜表面覆盖一层厚度为0.5～1.5μm的光刻胶；采用光刻技术将预定的光栅条纹结构刻制在样品表面的光刻胶上；接着进行化学刻蚀，将样品表面光刻胶层刻有的光栅条纹结构转移到透明导电光学基片表面的多孔氧化铝薄膜内部；最后去除表面残留的光刻胶，得到所需的多孔氧化铝基相位透射光栅；采用本发明的制备方法可以在透明硬质基片上实现大面积、高线密度相位透射光栅的高效率低成本制造，并且容易获得较高的相位光栅结构深度和周期之比。但是，此方法制得的高纯铝薄膜的厚度仅为200nm～5μm，不能满足中阶梯光栅用铝薄膜的厚度要求。

CN103255387A公开了一种中阶梯光栅的复制方法，包括以下步骤：a.将母光栅装在真空镀膜机中，通过毛细吸管定标精确控制硅油的用量，在电极上加上硅油和铝丝，将蒸发电极的位置改到真空镀膜机底板中间，确定修正板的形状与位置，安装晶控膜厚监测仪；b.当达到第一真空度时，对母光栅进行镀油；c.油镀好后继续抽真空，当达到第二真空度时，对已镀油母光栅进行镀铝d.将已镀铝母光栅送入烘箱中保温；e.将胶粘剂去气泡并放到烘箱中预热；f.将处理完成的胶粘剂滴到已镀铝母光栅表面，再将已清洁处理好的光栅毛坯压到胶黏剂上，接着将压块压到光栅毛坯上，并送入烘箱保温；g.移除母光栅和压块，得到中阶梯光栅。该方法制得的铝层厚度为100～120nm，此厚度也不能满足高精度中阶梯光栅厚度的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种中阶梯光栅用铝薄膜的制备方法，薄膜沉积速率快，制得的铝薄膜的厚度为7～10微米，薄膜质量性能好，达到中阶梯光栅用铝膜的刻划要求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种中阶梯光栅用铝薄膜的制备方法，包括如下步骤：采用电子束蒸发技术在基底材料上沉积一层金属铝薄膜；其中，所述铝薄膜的厚度为7～10微米。

本发明制得的所述铝薄膜的厚度为7～10微米，例如铝薄膜的厚度为7微米、8微米、9微米、10微米。高精度中阶梯光栅是在基底材料的厚铝上刻划制作，理论设计要求光栅刻划需要厚度大于7微米、厚度均匀性控制在2％以内的高质量厚铝膜，因此，本发明的工艺制备的铝薄膜的厚度可以满足刻化制作的要求。

所述沉积是在真空度为2×10^-4Pa以上的真空室中进行的。

所述沉积的温度为23～28℃，例如沉积的温度为23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃。

所述沉积的时间为10～40min，例如沉积的时间为10min、20min、30min、40min。

基底材料上沉积所用的金属铝的纯度为99.99％以上。

所述基底材料为石英、玻璃、晶体或硅片。