[发明专利]一种制备红外光学材料的化学气相沉积系统及方法

说明书

本发明公开了一种制备红外光学材料的化学气相沉积系统，包括依次连接的原料坩埚、进气用坩埚盖、沉积室和排气装置，沉积室内设置有至少两块沉积分隔板并分割为多个首尾贯通的沉积室，首端的沉积室对应的进气用坩埚盖上设置有多个第一进气嘴和多个第二进气嘴，第一进气嘴与原料坩埚贯通设置，进气用坩埚盖上还设置有与原料坩埚贯通的第一进气通道以及与第二进气嘴贯通的第二进气通道；还公开一种化学气相沉积方法，通过对第一原料、载气、第二原料气体和稀释气体的摩尔比限定，从而匹配系统制备。本发明能够显著提升材料的性能，提高材料的厚度均匀性以及原料的利用率，非常适于大尺寸、高质量红外光学材料的生产。

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，具体涉及一种制备红外光学材料的化学气相沉积系统及方法。

背景技术

ZnS和ZnSe是两种重要的红外光学材料，在红外热成像领域和CO₂激光器领域具有广泛地应用，其中采用化学气相沉积技术制备的ZnS、ZnSe光学材料，具有纯度高、致密度高、吸收小，光学性能优异等优点，并且易于实现大尺寸材料制备，是目前生产ZnS、ZnSe材料的主流技术。

化学气相沉积技术制备ZnS(ZnSe)的技术方案为：沉积炉底部为盛放原料Zn的坩埚，上部为石墨板拼成的沉积室，先将坩埚和沉积室分别加热到设定的温度，然后将载气Ar通入到熔化的Zn表面，携带Zn蒸汽进入到沉积室，同时H₂S(H₂Se)气体经Ar稀释后也输送到沉积室，H₂S(H₂Se)和Zn在石墨板上发生反应生成固态ZnS(ZnSe)，经过一段时间的沉积后，最终可获得一定厚度的块状多晶ZnS(ZnSe)材料。

随着红外市场的发展，对于大尺寸、高质量的ZnS(ZnSe)材料的需求越来越迫切。传统的化学气相沉积技术生产ZnS(ZnSe)材料的实施过程中，存在以下几个问题：

1、沉积室内反应压力高，通常在3000-10000Pa；载气和稀释气体的比例高，通常Ar与原料的比例在1：(5-30)之间，导致气体扩散能力变弱，原料气体分子到达生长界面以及反应副产物离开生长界面的能力都变差，同时易于气相成核，造成沉积生成的ZnS(ZnSe)材料产生配比失配、不致密、夹杂等问题；

2、原料气体气嘴、沉积室等关键硬件结构不合理，导致气嘴上沉积附着大量ZnS(ZnSe)材料，致使气嘴结构出现不可恢复的不规则变形，影响原料气体流速和流型，长时间沉积过程中在沉积室内石墨衬底上沉积的ZnS(ZnSe)材料厚度均匀性较差，性能会出现差异，严重时会产生分层；

3、另外沉积室结构与沉积工艺的不匹配也导致原料利用率较低，通常只有40％-60％。

综上，因此很难制备出大尺寸、高质量的ZnS(ZnSe)材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备红外光学材料的化学气相沉积系统及方法，能够显著提升材料的性能，提高材料的厚度均匀性以及原料的利用率，非常适于大尺寸、高质量红外光学材料的生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备红外光学材料的化学气相沉积系统，包括依次连接的原料坩埚、进气用坩埚盖、沉积室和排气装置，所述沉积室内设置有至少两块沉积分隔板，沉积分隔板将沉积室内部分割为多个沉积室，多个沉积室首尾贯通连接，位于首端的沉积室对应的进气用坩埚盖上设置有多个第一进气嘴和多个第二进气嘴，第一进气嘴和第二进气嘴交错排列设置，所述第一进气嘴与原料坩埚贯通设置，所述进气用坩埚盖上还设置有与原料坩埚贯通的第一进气通道以及与第二进气嘴贯通的第二进气通道；所述排气装置与位于尾端的沉积室贯通连接。

进一步地，所述沉积分隔板位于贯通位置处设置有隔离横板。

进一步地，所述沉积分隔板的数量为2。