[发明专利]高折射率氢化硅薄膜的制备方法、高折射率氢化硅薄膜、滤光叠层和滤光片

说明书

本发明公开了一种高折射率氢化硅薄膜的制备方法、高折射率氢化硅薄膜、滤光叠层和滤光片，涉及光学薄膜技术领域。该包括以下步骤：(a)通过磁控Si靶溅射，在基体上沉积Si，形成硅薄膜；(b)硅薄膜在含有活性氢和活性氧的环境中形成含氧的氢化硅薄膜，活性氧的数量占活性氢和活性氧总数量的4～99％，或，硅薄膜在含有活性氢和活性氮的环境中形成含氮的氢化硅薄膜，活性氮的数量占活性氢和活性氮总数量的5～20％。本发明将溅射与反应分开进行，先通过磁控Si靶溅射，在基体上沉积Si，再通过活性氢和活性氧/氮的等离子体与硅发生反应获得含氧或含氮SiH，不仅避免靶材中毒问题，而且SiH薄膜具有较高的折射率和较低的吸收。

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术领域，具体而言，涉及一种高折射率氢化硅薄膜的制备方法、高折射率氢化硅薄膜、滤光叠层和滤光片。

背景技术

氢化硅薄膜由于在红外成像传感器、太阳能电池及薄膜晶体管等微电子器件中有着广泛应用前景而备受关注。氢化硅的制备工艺主要分为化学沉积法，如等离子体增强化学气相沉积等；物理沉积法，如射频溅射等。

在3D等近红外成像系统中，会用到一种窄带带通滤光片，要求即使光线大角度入射，其中心波长随角度偏移量尽量的小，这样才能保证在一个较广的视场角内信号损失少、信噪比高。而制作这样的窄带带通滤光片，需要用到超高折射率的镀膜材料和较低折射率的相互叠加镀制而成，一般的膜系结构在几十层甚至到上百层，总厚度超过8μm。

现有技术中JDS优尼弗思公司在2013年申请的公开号为CN104471449A的中国专利中提到一种高折射率、低消光系数氢化硅，结果显示每个氢化硅层在800nm至1100nm波长范围内的折射率均大于3，在800nm至1100nm波长范围内的消光系数均小于0.0005。这种高折射率的氢化硅层是在该公司具有专利的镀膜设备(溅射沉积系统)上实现的，溅射沉积系统结构如图1所示。溅射沉积系统通过等离子体激发源(PAS)460对通入的氢气进行活化，与溅射的硅材料(硅靶)431重叠，使氢化硅层以相对较高的沉积速率和相对较低的氢含量被沉积到基底420上。该技术属于反应溅射，即在反应气体的环境下溅射靶材(硅靶)时，靶材与气体发生反应形成化合物——氢化硅。而这种技术采用反应溅射原理，可能存在靶材“中毒”的情况，即靶材容易被氢气污染，造成生产不稳定等问题。

为制作具有低偏效应的滤光片，一般的溅射设备难以制备超过2.5以上的高折射率、低于0.0005的消光系数的氢化硅，必须使用复杂的、专用的镀膜设备。而利用现有技术制作的镀膜机，其生产效率较低，这就造成单片的成本高居不下。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高折射率氢化硅薄膜的制备方法，该方法先通过磁控Si靶溅射，在基体上沉积Si，再通过含有活性氢的等离子体与硅发生氢化反应获得SiH，将溅射与反应分开进行，溅射过程靶材不易被反应气体污染，有效避免靶材中毒问题，同时在活性氢等离子体的基础上增加特定比例的活性氧或者活性氮，对硅材做氢氧化或氢氮化处理，获得含氧或含氮的氢化硅薄膜，薄膜具有较高的折射率和更低的吸收，此外，通过该方法使生产效率得到提升，降低了成本。

本发明的目的之二在于提供一种采用所述的高折射率氢化硅薄膜的制备方法得到的高折射率氢化硅薄膜，该薄膜折射率高、吸收低，在800～1100nm波长范围内的折射率为1.46～3.7，在800～1100nm波长范围内的消光系数小于0.0001。

本发明的目的之三在于提供一种滤光叠层，以所述含氧或含氮的氢化硅薄膜作为高折射率材料，与诸如氧化硅、高含氧的氢化硅等低于上述折射率的较低折射率材料交替堆叠，形成可用于滤光片的滤光叠层，具有与上述高折射率氢化硅薄膜同样的优势，透过率高，滤光叠层镀制在玻璃、树脂基板之上，形成光学干涉薄膜带通、长波通、短波通等滤光片，使光线在大角度入射时滤光片的中心波长偏移量较小，进而使传感器在大视场角范围内具有信号损失少、信噪比高等优势。