一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口的制备方法，所述窗口由蓝宝石衬底及其上方的氧化物膜叠层共同构成。所述蓝宝石衬底双面抛光、厚度100～10000μm，所述氧化物膜包括锡掺杂氧化铟(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、氟掺杂氧化锡(FTO)中的一种或者多种的叠层，总厚度0.2～200μm，平均电子浓度不高于5×1019cm‑3。所述红外透明窗口0.78～2.5μm波长范围内最低透过率为82％、2.5～5μm波长范围内最低透过率为53％，方块电阻低于100Ω/sq，对1～18GHz电磁波的屏蔽效率大于10dB。

【技术实现步骤摘要】
一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口及其制备方法
本专利技术属于红外光学材料领域及薄膜材料领域，主要涉及一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口及其制备方法。
技术介绍
由于红外线具有明显的热效应，红外技术在军事领域和民用领域都受到了广泛的重视。特定波段的红外线(如3～5μm的中红外)在大气环境中穿透能力强，因此红外探测适应于远距离(如空对地)探测和定位。然而，利用红外探测技术进行远距离目标探测时，目标信号强度弱，因此红外探测技术极易受大气环境中的电磁波干扰。这一实际情况对红外探测装置的电磁屏蔽能力提出了较高的要求，亦即：作为红外探测装置的外层窗口或防护罩，需具有三方面功能：高稳定性和机械强度、高红外波段透过率、优越的电磁屏蔽性能。蓝宝石在近、中红外具有高透过率，且硬度高，化学物理稳定性高，被广泛用作红外透明窗口。不过，包括蓝宝石在内的许多红外透明窗口材料均为绝缘材料，电磁屏蔽效率低下；作为窗口的蓝宝石仅具有物理防护性作用，而不具有电磁屏蔽作用。考虑到导电材料具有电磁屏蔽的作用，因此，可以在蓝宝石窗口上叠加一层具有导电能力的薄膜作为电磁屏蔽膜层，使得窗口能够屏蔽环境中的电磁波。尽管窗口膜层的导电率越高、电阻越小，电磁屏蔽效果越好，但由于等离子振荡效应的存在，使得当膜层的导电能力太强时，膜层的红外透过率也会相应降低，不利于红外光信号的探测。因此，为了兼顾窗口的红外透过率和电磁屏蔽效率，必须选取合适的膜层，并对膜层的电学特性进行合理的调控，才能保证整个窗口装置具有足够的红外透过率和电磁屏蔽效率。专利CN102280163A公开了一种红外透明导电薄膜及其制备方法，在蓝宝石试样的SiO2增透薄膜上或者蓝宝石表面覆盖一层厚度为20-30nm，周期为500-700μm，线宽为2.0-4.0μm的Au网栅薄膜，并通过涂光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、沉积Au薄膜和去光刻胶，形成红外透明导电薄膜。该导电薄膜电磁屏蔽效率为7dB左右，在3～4.5μm波长范围内的平均红外透过率超过90％，但该方法利用Au网栅薄膜成本高且电磁屏蔽效率不高。专利CN101752026A公开了一种红外透明导电薄膜及其制备方法。制备时采用射频磁控溅射方法在蓝宝石衬底上沉积Cu薄膜后退火，采用射频磁控溅射方法在沉积有Cu薄膜的蓝宝石上再沉积CuAlO薄膜后再退火。Cu薄膜的厚度为300-360nm，折射率为1.07-1.13；CuAlO薄膜的厚度为100-170nm，折射率为1.70-2.00。但该红外透明导电薄膜方块电阻约为200Ω/sq，薄膜的导电性能不理想，影响电磁屏蔽效率。因此，目前急需一种能够兼顾窗口膜层的高红外透过率和电磁屏蔽性能，且成本低的红外透明导电薄膜。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其能够兼顾窗口的高红外透过率和电磁屏蔽性能，且成本低。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其特征在于，所述红外透明窗口由蓝宝石衬底及其上方的氧化物膜共同构成，所述蓝宝石衬底的表面与蓝宝石c晶面存在0.2°～2°的偏离角，所述蓝宝石衬底双面抛光，厚度为100～10000μm；所述氧化物膜包括锡掺杂氧化铟膜、铝掺杂氧化锌膜、镓掺杂氧化锌膜、氟掺杂氧化锡膜中的一种或者多种的叠层，总厚度为0.2～200μm；所述氧化物膜的导电类型为电子导电，电子浓度不高于5×1019cm-3；所述红外透明窗口0.78～2.5μm波长范围内最低透过率为82％、2.5～5μm波长范围内最低透过率为53％，方块电阻低于100Ω/sq，对1～18GHz电磁波的屏蔽效率大于10dB。本专利技术蓝宝石衬底一方面能够作为氧化物膜叠层的支撑衬底，另一方面也能够承担一种窗口装置的物理防护隔绝作用；通过控制蓝宝石衬底的规格参数，使其具有高红外透过率，且利于氧化物膜的生长质量。本专利技术所述氧化物膜均为电子导电类型的导电膜，通过控制氧化物膜的平均电子浓度不高于5×1019cm-3，厚度为0.2～200μm，防止电子等离子震荡效应造成的红外透过率下降，使其兼具电磁屏蔽和红外透过率高的双重功能。本专利技术红外透明窗口的方块电阻低于100Ω/sq，0.78～2.5μm波长范围内透过率大于70％、2.5～5μm波长范围内透过率大于50％，对1～18GHz电磁波的屏蔽效率大于10dB。本专利技术涉及的红外透明窗口由蓝宝石衬底及其上方的氧化物膜叠层共同构成，但对是否在该窗口的上方或者下方叠加更多的类型不同、功能不同的膜层并未做特殊限定。只要采取本专利技术所述蓝宝石及氧化物膜叠层结构，且该结构中蓝宝石和氧化物膜满足本专利技术所述作用，则蓝宝石及氧化物膜叠层组成的结构可以认为属于本专利技术的保护范围。优选地，所述锡掺杂氧化铟膜中所含锡原子浓度不高于5×1019cm-3。优选地，所述铝掺杂氧化锌膜中所含锡原子浓度不高于5×1019cm-3。优选地，所述镓掺杂氧化锌膜中所含锡原子浓度不高于5×1019cm-3。优选地，所述氟掺杂氧化锡膜中所含锡原子浓度不高于5×1019cm-3。优选地，本专利技术所述的蓝宝石衬底为双面抛光，双面的原子力显微镜粗糙度低于2nm，更优选为低于0.5nm。本专利技术所述的蓝宝石衬底的表面取向，优选为与c晶面存在0.2°～2°偏离角的衬底。所述蓝宝石衬底厚度优选为100～10000μm，更优选为400～5000μm。所述蓝宝石衬底的尺寸和形状未做特殊限定，优选正方形和圆形。本专利技术所述氧化物膜，包括锡掺杂氧化铟(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、氟掺杂氧化锡(FTO)四种膜中的任一种，也包括这四种膜中的任意多种按照任意顺序和数量叠加而成的膜。本专利技术并未对所述氧化物膜在蓝宝石衬底上的沉积方式进行特殊的限定，包括化学气相沉积、氢化物气相外延、卤化物气相外延、等离子增强化学气相沉积、原子层沉积、磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发、脉冲激光沉积、分子束外延、溶液法、溶胶凝胶法等方法所制备的氧化物膜均可用于本专利技术中。优选地，所述红外透明窗口的制备方法，包括如下步骤：S1：将蓝宝石衬底送入化学气相沉积反应室的托盘上，并让托盘旋转；S2：反应室升温至400～900℃；反应室气压控制在10～760Torr；S3：将装有有机金属源、去离子水、掺杂源的鼓泡瓶沉浸在恒温水槽中，并通过质量流量计和压力计控制鼓泡瓶的流量和压力；S4：待反应室温度稳定后，同时向有机金属源、掺杂源和去离子水的鼓泡瓶通入载气，并让载气流入反应室中；控制生长时间，在蓝宝石衬底表面生长出氧化物膜；S5：保持补充性氩气通入反应室，停止所有载气通入；降温至室温后取样，即得。本专利技术所述氧化物膜均为电子导电类型的导电膜，为防止电子等离子震荡效应造成的红外透过率下降，需控制氧化物膜的平均电子浓度不高于5×1019cm-3，优选平均电子浓度不高于2×1019cm-3。常规透明导电氧化物膜电子浓度为1020cm-3，而本专利技术所述氧化物膜并未达到这一水平，因此能够保证氧化物膜具有足够的电磁屏蔽效率，氧化物膜厚度不能太低，总厚度可选取为0.2～200μm范围，优选0.5～5μm。对于任意一种膜，掺杂元素平均浓度应低于5×1019cm-3。应该注意到，本专利技术所述掺杂元素的浓度为平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其特征在于，所述红外透明窗口由蓝宝石衬底及其上方的氧化物膜共同构成，所述蓝宝石衬底的表面与蓝宝石c晶面存在0.2°～2°的偏离角，所述蓝宝石衬底双面抛光，厚度为100～10000μm；所述氧化物膜包括锡掺杂氧化铟膜、铝掺杂氧化锌膜、镓掺杂氧化锌膜、氟掺杂氧化锡膜中的一种或者多种的叠层，总厚度为0.2～200μm；所述氧化物膜的导电类型为电子导电，电子浓度不高于5×1019cm‑3；所述红外透明窗口0.78～2.5μm波长范围内最低透过率为82％、2.5～5μm波长范围内最低透过率为53％，方块电阻低于100Ω/sq，对1～18GHz电磁波的屏蔽效率大于10dB。

【技术特征摘要】
1.一种具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其特征在于，所述红外透明窗口由蓝宝石衬底及其上方的氧化物膜共同构成，所述蓝宝石衬底的表面与蓝宝石c晶面存在0.2°～2°的偏离角，所述蓝宝石衬底双面抛光，厚度为100～10000μm；所述氧化物膜包括锡掺杂氧化铟膜、铝掺杂氧化锌膜、镓掺杂氧化锌膜、氟掺杂氧化锡膜中的一种或者多种的叠层，总厚度为0.2～200μm；所述氧化物膜的导电类型为电子导电，电子浓度不高于5×1019cm-3；所述红外透明窗口0.78～2.5μm波长范围内最低透过率为82％、2.5～5μm波长范围内最低透过率为53％，方块电阻低于100Ω/sq，对1～18GHz电磁波的屏蔽效率大于10dB。2.根据权利要求1所述具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其特征在于，所述蓝宝石衬底厚度为400～5000μm。3.根据权利要求1所述具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其特征在于，所述氧化物膜的导电类型为电子导电，电子浓度不高于2×1019cm-3。4.根据权利要求1所述具有电磁屏蔽功能的红外透明窗口，其特征在于，所述锡掺杂氧化铟膜中所含锡原子浓度不高于5×1019cm-3。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梓敏，王钢，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44