[发明专利]SiAlON薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种SiAlON薄膜，以Si、Al、O和N的总原子数为基准计，该薄膜包含：27.7-35.6％的Si，10.8-13.4％的Al，19.3-57.5％的O，以及3.9-31.7％的N，所述薄膜还额外包含1-3％的以下附加金属元素：稀土元素、碱土金属、或其组合，以上百分数均为原子数百分比。

2.如权利要求1所述的SiAlON薄膜，其特征在于，所述附加金属元素选自Nd、Sm、Dy、Yb、Ca、或者它们的组合。

3.如权利要求1所述的SiAlON薄膜，其特征在于，所述SiAlON薄膜对波长为0.22-8.0微米的光的透射率为40-95%，折射率为1.4-1.95。

4.一种用来制造如权利要求1-3中任一项所述的SiAlON薄膜的方法，所述方法包括以下步骤：

i)制造SiAlON陶瓷靶材，以Si、Al、O和N的总原子数为基准计，该靶材包含：26.8-35.0%的Si,7.85-16.1%的Al,50-53.2%的N,4.0-7.1%的O，所述靶材还额外包含1-3％的以下附加金属元素：稀土元素、碱土金属、或其组合，以上百分数均为原子数百分比；

ii)使用步骤i)制得的陶瓷靶材，通过离子束溅射在基片上沉积所述SiAlON薄膜。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤i)中，所述陶瓷靶材是通过以下方式制造的：根据最终的陶瓷靶材的具体组成，按照所需的比例将Si₃N₄、AlN、Al₂O₃以及附加金属元素的氧化物或氮化物均匀混合，在1600-1800℃、优选1650-1750℃、最优选1700℃的温度下下热压烧结，然后自然冷却；

所述附加金属元素选自Nd、Sm、Dy、Yb、Ca、或者它们的组合。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤ii)中，首先通过抽气使得体系内的压力达到1×10^-5至2×10^-7帕，然后通入反应气体，使得压力达到1×10^-1至2×10^-2帕，然后在常温条件下进行Ar+离子束溅射。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反应气体包含氧气、氮气、或者它们的混合物，所述反应气体的流量为0.5-4.0sccm。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤ii)中使用的基片选自以下材料的片材：ZnS热压陶瓷、硅、锗、ZnSe、熔融石英或BK7玻璃。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤ii)中，以10-30W的离子源工作功率，用Ar+离子束进行离子束溅射，SiAlON薄膜的沉积速率为0.5-1.5埃/秒。

10.一种由权利要求4-9中任一项所述的方法制造的组合件，该组合件包括基片以及沉积在该基片之上的SiAlON薄膜，与未沉积所述SiAlON薄膜的所述基片相比，所述组合件在0.22-8微米的波长范围内的透射率提高了10-25.4％，所述组合件的显微硬度提高了70-75%。