[发明专利]一种GexC1-x/DLC增透保护膜及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于薄膜技术领域，涉及一种用于窗口及整流罩材料的增透保护膜的构成及其制备方法。

二、背景技术

红外窗口是红外系统中不可缺少的部件。ZnSe、Ge、ZnS等是重要的红外窗口材料，如ZnSe的折射率较高为2.4—2.6，在中红外波段透过率仅为60％左右，此外，这类材料抗磨耐蚀性能差，当受到尘粒和雨滴的冲蚀时，会发生表面裂纹、腐蚀等的损伤，不仅降低透过率，影响窗口光学性能，而且因窗口材料的损伤而降低窗口的使用寿命。因此，需要在ZnSe、Ge、ZnS等材料表面涂覆增透保护薄膜，以提高它在实际应用中的透光性能和抗磨耐蚀性能。

与本发明相近情况有：1)在专利公开号N1094455A和CN1563479A中，采用化学气相沉积的方法在硅基板上制备金刚石薄膜，用于1-2μm和2.5-14μm的增透。但金刚石具有较高的内应力，与多数基体的结合强度差，容易脱落，实际使用温度范围窄。2)专利公开号CN1080782A中，在ZnSe和ZnS基体上制备低折射率的氟化物和高折射率的材料混合物作为增透膜，可以达到较好的透过性能。但是氟化物质软，抗磨耐蚀性能差。3)公开专利号为200510016737.3中，以Ge为靶，辅助气体为CH₄和Ar的混合气体，采用射频磁控溅射方法沉积两层不同折射率的Ge_xC_1-x膜。此制备法中仅以CH₄和Ar为辅助气体，采用单靶，因而只有通过改变反应气体CH₄流量比实现对折射率的控制，该红外增透系统仅用于8-11.5μm范围的增透。

本发明与此最大不同之处在于本发明主要通过调节Ge靶和C靶溅射电流的比例来实现沉积膜的折射率控制，因而各工艺参数相互牵制性小，实际操作时简单，可控性强。

三、发明内容

本发明的目的是研制一种Ge_xC_1-x/DLC增透保护膜及其制备方法，在光学元件基体上沉积Ge_xC_1-x/DLC增透保护膜后，可在较大的波段范围(0.7-14μm)达到增透效果，同时镀膜与光学元件基体有较好的结合强度，能有效改善光学元件的抗磨耐蚀性能。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明增透保护膜系统主要由光学元件基体和Ge_xC_1-x/DLC膜系组成。光学元件基体可以是ZnSe，ZnS或Ge。增透保护膜系统是由Ge_xC_1-x薄膜层和类金刚石DLC薄膜层组成，Ge_xC_1-x薄膜以及DLC薄膜的折射率是渐变的，从基体表面沉积Ge_xC_1-x膜层的折射率为基体的折射率，然后逐渐减小至2.1。而随之沉积的DLC膜的折射率从2.1逐渐减小至最表面的折射率为1.7-1.8。同时要求DLC膜内的sp³含量随厚度增加先减少后增加，达最表层时，DLC中的sp³含量为最大，从而在满足增透作用前提下，提高其抗磨耐蚀性能。

本发明采用磁控溅射法制备Ge_xC_1-x/DLC增透保护膜时，其沉积系统结构示意图如附图3所示，可采用中频和直流的双靶磁控溅射沉积或中频和射频的双靶磁控溅射沉积，也可以为射频和直流的双靶磁控沉积，中频电源频率为40KHz，射频电源频率为13.56MHz。沉积工艺参数如下：本底真空度为1×10^-4Pa，沉积时的真空度为1Pa左右。衬底温度为80～250℃。采用射频磁控时，功率为100W～300W，采用中频磁控时，功率为80W～150W，采用直流磁控时，功率为80W～150W。双靶磁控沉积Ge_xC_1-x/DLC膜时，改变不同靶的溅射电流比例和辅助气体流量比，来控制Ge_xC_1-x膜折射率变化；单靶磁控沉积DLC膜时，改变靶的溅射电流和辅助气体流量比控制DLC膜的折射率，改变碳氢化物辅助气体比例或改变偏压来控制DLC膜内的sp³含量。