[发明专利]一种高硬度低吸收氮化硅薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种高硬度低吸收Si₃N₄薄膜的制备方法，属于光学薄膜技术领域。本发明提供一种高硬度低吸收离子束溅射Si₃N₄薄膜的制备方法，通过采用双离子束溅射沉积技术，通过改变主离子源和辅助离子源的工艺参数，以及真空室和辅助离子源通入氮气的流量，可实现高硬度低吸收Si₃N₄薄膜的制备。结果表明，该方法将大大提高Si₃N₄薄膜的硬度和降低吸收损耗，作为最外层保护薄膜，对于高性能中波红外硬质保护薄膜窗口的制备具有重要的作用。本发明对于不同离子源参数制备Si₃N₄薄膜具有普适性。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种高硬度低吸收Si₃N₄薄膜的制备方法。

背景技术

随着红外技术的高速发展，红外制导武器的服役环境日益苛刻。红外窗口是红外热成像探测系统中的关键部件，位于红外成像系统的最前端。它是重要的结构/功能一体化部件，又是抗高速条件下的热力学冲击的薄弱环节。国外早在四十年代就开始了增透保护膜的研究和相关试验验证，但直到八十年代初国外才实现类金刚石保护膜(DLC膜)的沉积，试验表明保护膜对窗口表面的侵蚀耐受程度具有明显的提升。但DLC膜存在一定的吸收，在增透保护薄膜方面应用还存在一定的问题。

而由于作无定形态的Si3N4是一种重要的结构材料，它具有硬度高、弹性模量大，本身具有润滑性，表面摩擦系数小、耐磨损等特点，所以常被用作耐磨材料。同时它还具有耐高温、热膨胀系数小、导热系数大、抗热震性好，以及耐腐蚀、抗氧化等优点。所以Si₃N₄薄膜在硬质保护薄膜方面具有很大的应用前景。目前，制作氮化硅薄膜可以用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、离子束增强沉积 (IBED)、电子回旋共振等离子体化学气相沉积技术(ECR-PECVD) 以及射频和微波的等离子化学气相沉积(RF-PCVD和MW-PCVD) 等，但针对离子束溅射沉积技术制备Si₃N₄薄膜还鲜有报道。

综上所述，目前采用离子束溅射沉积技术制备Si₃N₄薄膜还未见报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现高硬度低吸收Si₃N₄薄膜的制备。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高硬度低吸收Si₃N₄薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)首先选择Si靶作为离子束溅射靶材；

2)其次采用离子束溅射沉积技术，在不同基底上制备Si₃N₄薄膜；

3)然后采用分光光度计和红外傅立叶光谱仪分别测量Si₃N₄薄膜的透射光谱；

4)基于透射光谱的反演方法，计算Si₃N₄薄膜的折射率和消光系数；

5)测量Si₃N₄薄膜的硬度。

优选地，步骤1中，选择熔融石英和Si基底作为Si₃N₄薄膜的沉积。