[发明专利]一种减小光学窗口用四面体非晶碳膜残余应力的方法

说明书

本发明涉及一种减小光学窗口用四面体非晶碳膜残余应力的方法，将准备好的基片迅速放入真空室的基底夹具上，工作气体为氩气其纯度99.999%；所述真空室通过机械泵和分子泵抽到真空度为5.0×10^‑4Pa；打开氩气阀门，流量为15sccm，控制真空度为5.0×10^‑2Pa；设置基底偏压‑150V，使用微波辅助激励源产生等离子体，对基片进行溅射清洗；清洗过程控制时间2分钟；然后静置5分钟冷却基底，循环5次，实际溅射清洗时间10分钟，全部清洗工艺费时35分钟；清洗完毕后，通过靶材对基片进行薄膜沉积，同时通过调节基底偏压、磁路偏压和氩气流量完成对薄膜沉积形成的四面体非晶碳膜的应力调控。

技术领域

本发明属于光学薄膜沉积技术领域，具体涉及一种减小光学窗口用四面体非晶碳膜残余应力的方法。

背景技术

类金刚石 (diamond—like carbon，DLC) 薄膜是一种非晶碳膜，由于金刚石和石墨中的碳原子分别以sp³和sp²键合，故DLC薄膜表现出介于金刚石与石墨之间的性质。DLC膜优良的光学性能，使其成为取代常规红外材料的优选材料，常常作为红外窗口表面的增透保护膜，相继应用在潜望镜红外窗口、陆军用瞄准具红外窗口、飞机前视红外窗口、遥感卫星接收窗等系统中。这些系统相当于整个系统的“眼睛”，但这些“眼睛”往往也是被袭击的重点部位之一。目前，提升红外光学窗口及其保护膜的光学性能和环境适应性仍是各国科研工作者研究的热点和难点。

DLC薄膜根据其sp³和sp²杂化键含量及沉积工艺具有不同的类型，其中四面体非晶碳膜（Tetrahedral amorphous carbon，ta-C)也是DLC薄膜的一种，因为不含氢，且sp³杂化高，是性能最接近金刚石的一种DLC薄膜，也是应用前景最具前途的一种DLC薄膜。

在光学窗口，DLC薄膜基底一般为硅片（Si，Silicon）或锗片（Ge，Germanium）。DLC膜生长过程中产生的应力使得薄膜难以与基体的变形相协调，不仅会直接导致薄膜的色裂、脱落，使薄膜损伤，而且会作用于基体，使基体发生形变。有些DLC薄膜膜层厚度仅1.4 μm左右，但其应力可以高达10 GPa左右。对于膜厚为100～200 nm的DLC薄膜，则可能会出现膜层开裂，工件变形等情况。

薄膜应力主要产生于薄膜的制备过程中，主要由表面张力、热应力、内应力三部分组成。表面张力由膜层上表面的张力与膜基界面的张力耦合产生；热应力主要是膜层与基底之间的热膨胀系数不同而引起的；热应力又称本征应力，主要取决于薄膜的微观结构和缺陷等因素，晶粒间界和薄膜晶格与基底晶格的失配等造成的相互作用是主要的。有的膜层具有张应力特性，即薄膜本身具有收缩趋势。当张应力超过薄膜的弹性限度，膜层就会破裂，破裂使膜层离开基板而翘起；有的膜层具有压应力特性，使薄膜向基底内侧卷曲。ta-C膜sp³杂化高，所带来的薄膜内部残余应力大、环境适应性差等问题一直阻碍了其应用领域。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种减小光学窗口用四面体非晶碳膜残余应力的方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种减小光学窗口用四面体非晶碳膜残余应力的方法，将准备好的基片迅速放入真空室的基底夹具上，工作气体为氩气其纯度99.999%；所述真空室通过机械泵和分子泵抽到真空度为5.0×10^-4Pa；打开氩气阀门，流量为15sccm，控制真空度为5.0×10^-2Pa；设置基底偏压-150V，使用微波辅助激励源产生等离子体，对基片进行溅射清洗；清洗过程控制时间2分钟；然后静置5分钟冷却基底，循环5次，实际溅射清洗时间10分钟，全部清洗工艺费时35分钟；清洗完毕后，通过靶材对基片进行薄膜沉积，同时通过调节基底偏压、磁路偏压和氩气流量完成对薄膜沉积形成的四面体非晶碳膜的应力调控。