一种熔石英光学基底表面氟化物薄膜快速脱膜方法技术

本发明专利技术公开了一种熔石英光学基底表面氟化物薄膜的快速脱膜方法，属于光学元件制备方法技术领域，该方法利用复分解反应或络合反应，在室温或加热条件下反应，使熔石英光学基底表面氟化物发生化学反应而被彻底清除，热水浴中反应除膜，最快仅需20-30分钟，温水浴中除膜需1.5-2.5小时，室温除膜需3-7小时。脱膜后与未镀膜光学基底相比表面粗糙度无明显变化，亦无可探测物理或化学损伤。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种熔石英光学基底表面氟化物薄膜的快速脱膜方法，属于光学元件制备方法
，该方法利用复分解反应或络合反应，在室温或加热条件下反应，使熔石英光学基底表面氟化物发生化学反应而被彻底清除，热水浴中反应除膜，最快仅需20-30分钟，温水浴中除膜需1.5-2.5小时，室温除膜需3-7小时。脱膜后与未镀膜光学基底相比表面粗糙度无明显变化，亦无可探测物理或化学损伤。【专利说明】
本专利技术涉及光学元件制备方法
，具体涉及。
技术介绍
在193nm准分子激光光刻光学系统中，大量使用了基底为熔石英材料、薄膜为氟化物材料的光学元件。这些光学元件由于不同原因需要除去表面已有氟化物薄膜再重新镀膜时，常通过光学抛光方法实现薄膜除去。光学抛光方法不仅费时、成本高，而且会在一定程度上改变光学元件表面面型，影响光学元件的成像特性甚至使光学元件完全失去再利用价值。而如果能采用无损方法将熔石英光学基底表面氟化物薄膜快速除去，则可使脱膜后的熔石英光学基底再次利用，有效节约成本，产生可观的经济效益。化学去膜无疑是一种经济、有效的脱膜方法。针对熔石英光学基底表面的氟化物薄膜，化学方法的选择必须根据具体氟化物薄膜材料确定。用于193nm准分子激光光刻光学系统的光学元件，其氟化物薄膜主要成份包括氟化镁、氟化铝和氟化镧。它们的性质分别如下:氟化镁是一种无色四方晶体或粉末，无味，难溶于水和醇，微溶于稀酸，溶于硝酸。氟化铝:无色或白色结晶，不溶于水，不溶于酸和碱，性质很稳定，与液氨或浓硫酸共加热，或者与氢氧化钾共熔均无反应。氟化镧:白色粉末，不溶于水，难溶于盐酸、硝酸和硫酸，但能溶于高氯酸。由三种氟化物的性质可见，采用化学反应脱膜时也有较多局限，比如氟化铝，性质很稳定，强酸、强碱都不反应，况且碱会腐蚀石英片。此外除氢氟酸、热磷酸外，石英玻璃对一般酸有较好的耐酸性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种熔石英光学基底表面氟化物薄膜快速脱膜的方法，该方法使用常用无机酸和无机盐作为反应剂，大大降低了成本，减化了实验操作步骤，缩短了反应时间，具有简便快速、安全高效、成本低廉、绿色环保等特点。 为了实现上述目的，本专利技术的，步骤如下: 移取一定体积的无机酸，倾倒于一定体积的去离子水中，使无机酸最终浓度为1.0-5.0moI/LO将无机酸溶液与表面活性剂溶液(0.0 - 20mmol/L)或金属盐溶液(0.1-5.0mol/L)混合，形成脱膜液。将熔石英基底氟化物薄膜的光学元件置入脱膜液中，在室温、温水浴或热水浴条件下反应10 - 500分钟后取出并采用去离子水清洗，得到彻底脱膜的熔石英光学元件。 其中所述无机酸为浓硫酸或浓硝酸或浓磷酸或浓盐酸或硼酸； 其中的表面活性剂溶液的制备方法为:移取或称取一定量表面活性剂，溶解于一定体积的去离子水中，使表面活性剂最终浓度为0.0 - 20mmol/L? 所述表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂吐温40 ; 其中的金属盐溶液的制备方法为:称取一定量三价金属盐水合物，溶解于一定体积的去离子水中，使无机盐最终浓度为0.1-5.0mol/Lo 所述无机盐为水合三氯化铁或水合三氯化铝。 进一步的，反应物物质的量的比例为无机酸:表面活性剂=1:0.0-0.05 ;无机酸:无机盐=I:0.1 - 1.0o 进一步的，水浴温度40_100°C。 进一步的，加热所用设备为恒温水浴锅或水热反应釜。 本专利技术的原理在于: 工业上采用萤石(氟化钙CaF2)和浓硫酸加热到700°C时来制备氢氟酸(张青莲，《无机化学丛书》第六卷:科学出版社，1995:30-31) 化学反应式如下: CaF2+H2S04 (热浓)—2HF+CaS04(I) 这是基于复分解反应实现的，加热有利于反应进行；同样，基于络合反应清除氟化物同样需要加热。如H3BO3-HCl与氟化钙混合加热溶解，氟化钙转入溶液中，此时硼与氟结合成络离子。 2CaF2+4HCl+H3B03= 2CaCl 2+HBF4+3H20(2) 继续蒸发溶液时，氟以BF3形式逸出。 可见，上述方法都离不开加热，加热有利于反应进行，又可使氟化物蒸发逸出，同时使反应产物溶解度增大，不至于沉积在光学基底上。 利用F-在溶液中与Al3+、Fe3+等可形成AlF广，使镀膜金属氟化物反应形成可溶性氟化物，反应方程式如下: MgF2+3HCl+AlCl3= 3MgCl 2+H3AlF6(3) 研宄发现，此反应在室温条件下有较高的反应速率，适合用于室温除膜，适当提高反应温度，可加快反应速度，防止反应产物沉积。 与现有技术相比，本专利技术方法的优点在于: 本专利技术脱膜方法操作简单，原料便宜易得，采用热水浴法加快反应速度，可在很短时间内脱膜，适合于小型光学元件的应急除膜，即除即用，温水浴及室温法适合于较大面积的熔石英光学基底表面的薄膜清除。 【专利附图】【附图说明】 图1为热水浴中快速除膜的紫外-可见透过率光谱图，其中以熔石英光学基底表面无氟化物薄膜时的透过率作为100%基线。 图2为温水浴中较快除膜的紫外-可见透过率光谱图，其中以熔石英光学基底表面无氟化物薄膜时的透过率作为100%基线。 图3为室温条件下清除镀膜的紫外-可见透过率光谱图，其中以熔石英光学基底表面无氟化物薄膜时的透过率作为100%基线。 【具体实施方式】 下面结合具体的实施例对本专利技术方法作进一步的详细说明。以下实施例只是本专利技术的一些优选实施方式，目的在于更好地阐述本专利技术的内容，而不是对本专利技术的保护范围产生任何限制。 实施例1 ，其具体步骤如下: 移取11.1mL浓硫酸，沿烧杯壁缓慢倒入装有适量去离子水中的烧杯中，适当冷却后转移到10mL容量瓶中，定容至100mL，溶液浓度为2M。移取此溶液12mL、移取2mM的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵溶液8mL于烧杯中，将镀有氟化物薄膜的熔石英光学元件放入烧杯中，将此烧杯放入95°C水浴中加热不同时间，取出熔石英光学元件并清洗，测定熔石英光学元件的透过率。发现反应20分钟镀膜已彻底清除，紫外-可见透过率光谱曲线回到基线附近。 在实施例1中，水浴温度为95°C，硫酸浓度在1.2M及以上时，20-30分钟可彻底除膜(结果见图1)。 实施例2 ，其具体步骤如下: 移取27mL浓盐酸于10mL容量瓶中，定容至100mL，溶液浓度为3.24M。称取水合三氯化铝12.07克溶于此盐酸溶液中，三氯化铝浓度为1M。移取此混合液10mL，加热到55°C，将镀有氟化物薄膜的熔石英光学元件放入烧杯中反应不同时间，取出熔石英光学元件并清洗，测定熔石英光学元件的透过率。发现反应2.0小时，镀膜已彻底清除，紫外-可见透过率光谱曲线回到基线附近。 在实施例2中，当盐酸与三氯化铝的摩尔比为3:1及以上时，室温条件下3-7小时可彻底除膜(结果见图3)。若想使反应时间缩短一些，可适当提高反应温度，在温水浴中反应除膜，水浴温度为55°C时，可在1.5-2.5小时之内彻底清除镀膜(结果见图2)。 实施例3 ，其具体步骤如下: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔石英光学基底表面氟化物薄膜快速脱膜方法，其特征在于步骤如下：移取一定体积的无机酸，倾倒于一定体积的去离子水中，使无机酸最终浓度为1.0‑5.0mol/L，将无机酸溶液与0.0–20mmol/L表面活性剂溶液或0.1‑5.0mol/L金属盐溶液混合，形成脱膜液，将熔石英基底氟化物薄膜的光学元件置入脱膜液中，在室温、温水浴或热水浴条件下反应10–500分钟后取出并采用去离子水清洗，得到彻底脱膜的熔石英光学元件；其中所述无机酸为浓硫酸或浓硝酸或浓磷酸或浓盐酸或硼酸或氟硼酸；其中的表面活性剂溶液的制备方法为：移取或称取一定量表面活性剂，溶解于一定体积的去离子水中，使表面活性剂最终浓度为0.0–20mmol/L；所述表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂吐温40；其中的金属盐溶液的制备方法为：称取一定量三价金属盐水合物，溶解于一定体积的去离子水中，使无机盐最终浓度为0.1‑5.0mol/L；所述无机盐为水合三氯化铁或水合三氯化铝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌成，何治柯，吉邢虎，柳存定，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，武汉大学，
类型：发明
国别省市：四川;51