[发明专利]混合氧化物型高折射率的涂料及方法

说明书

本发明涉及一种混合氧化物型的具有高折射率的涂料及方法。

美国专利No.3,034,924公开了镧系元素和过渡金属/金属氧化物的混合物。氧化锆是一种市场上可以买得到的高折射率的涂料。然而，这种材料在制作涂层时具有高熔点、高耗能以及不均匀等缺点。同时，氧化钛也可以用作高折射率的涂料。氧化钛涂层通常有不希望的吸收。氧化锆和氧化钛粉末的混合物在市场上也可以买到。然而，这种混合物是多相材料，因此不能产生一种相合的蒸发源。所以需要一种新型的、改进的、克服了这些缺点的混合氧化物型的具有高折射率的涂料。

概括地讲，本发明的一个目的是提供一种特别适用于抗反射涂层的混合氧化物型具有高折射率的涂料。

本发明的另一目的是提供一种能够在较低温度下熔化的具有上述特征的材料及方法。

本发明的再一目的是提供一种使其本身进行电子束蒸发的具有上述特征的材料和方法。

本发明的另一目的是提供可以用氧气活性蒸发以产生化学计量的材料的具有上述特征的材料及方法。

本发明的再一目的是提供一种提供坚硬及粘附的薄膜具有上述特征的材料及方法。

从下面结合附图的描述，本发明的其他目的及特点将会很明显。

图1是说明本发明方法的流程图。

就本发明而言，该材料的组合物的化学式为MN_xO_y，其中M和N是CAS元素周期表中IIIB、IVB和VB族的金属，其中O是氧，x和y的值的选择要使氧与金属的比例小于4以及y/(1+x)也小于4。更具体地说，M和N金属选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Ac、Th、Pa、U、Ti、Zr、Hf、V、Nb和Ta。落入该类的材料的组成包括下列实例：YTi_xO_y，HfTi_xO_y和ZrNb_xO_y，因此可以看出：这种材料是由两种金属/金属氧化物组成的。但是，这种材料的组合物可很容易地由三种或更多的金属/金属氧化物组成。

在上述范围内的一种材料的具体组合物为ZrTi_xO_y，其中x＝1.0，y＝2.0～3.9。当y的值在大于0和2.0之间时也可以形成其他材料。然而这些材料将是金属性的，当采用蒸发时，它们是很难生成ZrTiO₄薄膜的。当x的值超过1.0时，该混合物中二氧化钛的含量增加，相图将变得更加复杂，这在材料组成低于化学计量时更加显著。当x值小于1.0时，材料开始表现出纯氧化锆的特性并且熔解温度升高，不具备本发明材料的典型优越性。

在本发明的一实施方案中，由重量比为15.6％的Ti、17.4％的TiO₂和67.0％的ZrO₂制备出一种均相混合物。该粉末状材料如图1中第11步中所示进行彻底混合。由上面的讨论可知，三种组分的重量百分比的选择使这种材料的分子式为ZrTiO_2.8。当然，Ti、TiO₂和ZrO₂的比例可进行变化以给出分子式为ZrTiO_y，其中y的范围可以是2.0～3.9。然后，将该粉末进行均相化和压片。

当如第12步所示压片形成后，再用合适的方法如第13步所示将其熔化，如用诱导炉或电子束炉。在熔化过程中，这三种成粉末状的组分反应生成一种单一的氧化物相。可以如第14步所示采用熔化步骤形成适当大小的锭，例如直径为5cm，长度为15～75cm。这种材料可以以这种铸锭形式贮存备用。或者，这些铸锭经压碎或打碎成大小为0.5～5mm的小颗粒，并且优选如图1中第16步所示的大约2mm。如果需要，这种压碎的材料也可以以这种形式贮存备用。

假设我们希望利用这种材料形成一层抗反射涂层，如1995年5月9日提交的共同待审的流水号为08/438,197的申请中所描述。在这一实施方案中，这种材料只有立方型的氧化锆晶体结构而没有检测到ZrTiO₄的晶型结构。以颗粒形式存在的压碎的锭可以作为原料供应到传统类型的电子枪蒸发器以形成一层具有高折射率的抗反射涂层，如1995年5月9日提交的共同待审的流水号为08/438,197的申请中描述的那种类型。在材料蒸发过程中，导入过量的氧气进入涂敷装置的真空箱中，使得这种低于化学计量的材料用氧气活性蒸发以生成化学计量的涂层。