[发明专利]一种基于原子层沉积的吸收膜及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于原子层沉积的吸收膜，由基底和其上的多层吸收膜系组成，所述多层吸收膜系由吸收膜层和介质膜层交替组成，吸收膜层为最内层，靠近基底设置；介质膜层为最外层；所述多层吸收膜系由原子层沉积方法得到。本发明巧妙结合了吸收膜的设计制备和原子层沉积技术的优势，克服了传统的物理气相沉积方法无法满足大曲率元件沉积薄膜的均匀性、覆盖率的基本要求的困难。本发明通过原子层沉积技术制备的吸收膜，在设计波段内吸收率可达99％以上，可在高深宽比的复杂光学表面以及大曲率光学元件等特殊领域具有重要应用，有望在虚拟现实、防伪等方面广泛应用，为我国国民经济、社会发展、科学技术和国防建设等领域作出贡献。

技术领域

本发明提出一种新型基于原子层沉积的吸收膜及其制作方法，具体涉及杂散光消除，探测、成像等领域。

背景技术

大曲率光学元件如半球透镜、非球面镜、石英管等，是激光器系统、光学显微镜系统以及投影系统等光学系统中的重要元件。为了满足不同光学系统对透射率、反射率及偏振的要求，通常需要在大曲率光学元件表面沉积薄膜，而薄膜的均匀性、覆盖率对光学系统的性能(如成像质量、测试精度等)有着重要影响。现有的物理气相沉积方法由于沉积过程中沉积粒子分布和运动轨迹具有定向性，空间分布对于膜厚较为敏感，因而在大曲率光学元件和复杂表面制备薄膜的均匀性有很大限制。通过改变气流分布、元件轨迹、靶材位置等方法，可以改善规则大曲率光学元件表面薄膜的均匀性，但对于高深宽比和复杂表面仍很难实现全覆盖。

原子层沉积(ALD)技术是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基底上化学吸附并反应而形成薄膜的一种方法。它由芬兰科学家于20世纪70年代提出，随着90年代中期微电子和深亚微米芯片技术的发展，ALD在半导体领域的应用愈发广泛。此外，相对于传统的光学薄膜沉积方式而言，ALD生长的薄膜在沉积温度、聚集密度和保形性上有着不可比拟的优势，使得利用ALD制备光学薄膜逐渐成为人们研究的热点。

为了满足不同光学系统对透射率、反射率及偏振的要求通常需要在大曲率光学元件表面沉积薄膜，尤其是可见光-近红外波段的吸收膜对各种复杂光学系统杂散光的抑制有着关键作用。此外，薄膜的均匀性、覆盖率对光学系统的性能(如成像质量、测试精度等)也有着重要影响。因此该发明有望在探测、成像等方面广泛应用，为我国国民经济、社会发展、科学技术和国防建设等领域作出贡献。

发明内容

本发明提出了一种新型基于原子层沉积技术的吸收膜及其制备方法，该吸收膜结构简单，制备方法便捷，可实现大曲率光学元件表面以及复杂光学表面全覆盖且均匀性好，可见-近红外波段吸收率高，可达99％以上，且具有较好的入射角度不敏感性。

一种基于原子层沉积的吸收膜，由基底和其上的多层吸收膜系组成，所述多层吸收膜系由吸收膜层和介质膜层交替组成，吸收膜层为最内层，靠近基底设置；介质膜层为最外层，入射光从空气侧入射或从基底侧入射；所述多层吸收膜系由原子层沉积方法得到。

本发明对基底材料没有限制，所述基底可以选择K9，熔融石英，浮法玻璃等玻璃材料，也可以选择硅片、锗片等半导体材料，也可以选择铝、锡、不锈钢等金属材料或合金材料，也可以选择有机玻璃(亚克力、PMMA、聚甲基丙烯酸甲酯等)、CR-39(聚丙烯基二甘醇碳酸酯)、PC(聚乙碳酸酯)、PS(苯乙烯)等有机聚合物材料。进一步优选为K9玻璃。

作为优选，多层吸收膜系由吸收膜层和介质膜层交替组成，交替次数2-30，优选为2～5个交替层；更进一步优选为3或5个交替层。

作为优选，吸收膜层选用钛铝化合物TiAlC，由前驱体三甲基铝(TMA)和四氯化钛(TiCl₄)通过原子层沉积技术制备，主要元素钛(Ti)和铝(Al)占比超过95％，其在可见-近红外波段具有显著的吸收金属性。

作为优选，吸收膜层厚度介于10nm～1000nm；进一步优选为20～500nm；其中起主要吸收作用的吸收膜层的厚度应大于100nm，优选为200～300nm，其余吸收膜层的厚度为10nm～150nm。