[发明专利]一种具有超高红外透射调制性能的相变材料及其制备方法

说明书

本发明属于光学功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种具有超高红外透射调制性能的相变材料及其制备方法，该相变材料是具有Sn置换Ge固溶体的菱方相Ge‑Sn‑Te薄膜材料，所述薄膜材料的化学结构式为Gesubgt;1‑x/subgt;Snsubgt;x/subgt;Te，其中x＝0.05‑0.3；制备方法采用纯GeTe靶和纯SnTe靶两靶磁控共溅射而成，具体包括以下步骤：将两靶材分别安装在磁控射频溅射靶中，采用半导体为衬底；抽真空，通入高纯Ar气；控制两靶材的溅射功率，在基底上沉积得到的薄膜材料即为Ge‑Sn‑Te薄膜材料。本发明设计科学合理，制备的相变材料在红外波段不但具有低的结晶态透射率和高的非晶态透射率，还具有超高的红外透射调制性能，有望在红外激光防护及伪装型防激光窗口等领域使用。

技术领域

本发明属于光学功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种具有超高红外透射调制性能的相变材料及其制备方法。

背景技术

随着航空技术的发展，人们对红外透射调控薄膜的性能要求越来越高。一方面要求相变前的透射调控薄膜在中远红外波段具有高的透射率；另一方面，相变后的透射调控薄膜还要在中远红外波段具有极低的透射率，目前使用的红外透射调控薄膜并不具有如此优良的性质。以目前研究最多的VO₂为例，其低温单斜相在8.5-9.5μm处存在V⁴⁺＝O伸缩振动吸收，很大程度上限制了其在红外波段的应用；再以Ge₂Sb₂Te₅为例，其镀在ZnS衬底后在3-12μm范围内的红外透射调制幅度约为52.6％到23.3％，比激光防护应用需要的性能指标(70％到5％)还有较大差距。无论是VO₂还是Ge₂Sb₂Te₅都远远无法达到激光防护应用的需求。

制备这种能够同时实现红外波段非晶态透射率高和结晶态透射率低的材料，存在难点的原因有：(1)缺少对机理的认识。截至目前，研究者已经对硫系相变薄膜的制备、光学性质和应用进行了有益探索并取得了许多重要进展。然而，硫系相变薄膜在红外透射方面的性质与应用研究还处于起步阶段，影响非晶态和结晶态透射率的主要因素并没有很好地探究，调控机理仍是模糊的；(2)从物理起源来看，这种材料的非晶态需要具有小的光频介电常数，而结晶态需要大的载流子浓度，一种材料在相变前后能够兼容这两个条件，十分困难；(3)从材料设计来看，尽管单独实现高红外透射和低红外透射的调控手段已相当成熟，但在相变材料中依然缺少对调控其红外透射对比度的因素的研究。

有鉴于此，亟需设计一种具有超高红外透射调制性能的相变材料，该材料在3-12μm的中远红外波段具有超高的透射调制性能。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种具有超高红外透射调制性能的相变材料及其制备方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供一种具有超高红外透射调制性能的相变材料，该相变材料是具有Sn置换Ge固溶体的菱方相Ge-Sn-Te薄膜材料，所述薄膜材料的化学结构式为Ge_1-xSn_xTe，其中x＝0.05-0.3。

进一步地，上述具有超高红外透射调制性能的相变材料中，x＝0.08。

进一步地，上述具有超高红外透射调制性能的相变材料中，所述薄膜材料的膜厚为200-300nm。

进一步地，上述具有超高红外透射调制性能的相变材料中，所述薄膜材料的膜厚为240nm。

本发明还提供上述具有超高红外透射调制性能的相变材料的制备方法，采用纯GeTe靶和纯SnTe靶磁控共溅射而成，具体包括以下步骤：

1)在磁控溅射镀膜系统中将纯GeTe靶和纯SnTe靶分别安装在磁控射频溅射靶中，采用半导体为衬底；