热稳定的亚化学计量电介质制造技术

一种光学叠层中的亚化学计量的氧化物、氮化物或者氧氮化物层，其单独使用或者与一个或两个稳定层直接接触能够使该叠层的光学性能稳定。该稳定层能够在加热过程中稳定亚化学计量层的化学和光学性能。在加热时亚化学计量层的光学性能的改变能够抵消光学叠层其余部分的光学性能的改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及亚化学计量的电介质材料。具体而言，本专利技术涉及形成在透明基底上的用于光学叠层中的亚化学计量电介质材料层。
技术介绍
在薄膜和光学涂层领域中，亚化学计量的电介质是公知的。这些亚化学计量的材料通常是基于与氧或氮不完全反应的金属，硅或锗的物质。通常，这些材料在可见光波长中是光吸收的，而完全反应的相应化合物在可见光波长中通常是非光吸收的。薄膜形式的亚化学计量材料通常被包括到光学叠层中。与化学计量电介质化合物相比，亚化学计量的电介质材料具有许多有益的性能。例如，亚化学计量电介质通常具有比相应的化学计量电介质高的折射率(“n”)，并且可以提供其光学性能对于所有的较低折射率化学计量层来说是很难达到的光学叠层。亚化学计量电介质的较高折射率通常使得亚化学计量层比相应的化学计量电介质更薄。亚化学计量层通常还具有比相应的化学计量电介质高的消光系数(“k”)。结果是，亚化学计量电介质材料允许光学叠层获得仅由非吸收化学计量电介质化合物不能达到的光学性能。低价金属氧化物和低价金属氮化物薄膜作为化学阻挡层通常具有优于相应的化学计量金属氧化物和氮化物的性能。低价金属氧化物和低价金属氮化物的阻挡层适用于光学叠层中来防止敏感金属层被腐蚀。这些阻挡层降低了活性物质例如水或氧气向叠层中的扩散。亚化学计量氧化物和氮化物材料的沉积速率通常高于化学计量材料的沉积速率。结果是，亚化学计量层的使用通常降低了生产薄膜涂层的生产成本。这对于大多数溅射和蒸发工艺是实际的。对于一些光学设计，希望阻止紫外光的透射。大多数亚化学计量的材料比相应的化学计量化合物在紫外波长内倾向于更多的吸收。亚化学计量薄膜材料的不良性能是它们倾向于具有比完全氧化的或完全氮化的化合物更强的化学反应活性。通常，光学叠层中的亚化学计量层将发生氧化，特别是如果叠层被加热或者遇到水或者腐蚀性化学物质。氧化能够导致该层的n和k值的改变，这将改变光学叠层的光谱特征。存在使光学叠层，特别是含有亚化学计量层的光学叠层的性能稳定的需求，尤其是当该叠层在退火或基底回火过程中被加热的时候。
技术实现思路
本专利技术提供了含有亚化学计量电介质层的光学叠层，控制该亚化学计量电介质层的特性来使叠层的光学性能(例如，透射和反射)稳定。在实施方案中，该亚化学计量层的一侧或两侧可以直接与能够起稳定或包覆作用的层接触，该稳定层或包覆层的作用在于稳定该亚化学计量层的化学性能。例如，当光学叠层暴露于通常将引起亚化学计量电介质层在空气或其它气体环境下反应的高温的时候，会起到稳定作用。通过阻止亚化学计量层的反应并且使该光学叠层的化学性能稳定，该稳定层能够使该叠层的光学性能稳定，特别是当该亚化学计量层在叠层中起基本的光学干涉功能的时候。在其它实施方案中，可以选择亚化学计量层的组成和厚度，以至于亚化学计量层与空气或其它气氛在加热时的反应，引起了正好抵消了光学叠层其余部分性能变化的光学性能(例如，光吸收)变化，以至于该叠层在光学性能上表现出零的净变化。附图说明参照下面的附图详细地描述本专利技术的优选实施方案。图1显示了在氮溅射气体中，从含有10重量％铝的硅靶中溅射的硅铝氮化物的折射率(″n″)和消光系数(″k)值。图2显示了包括直接与化学计量电介质稳定层接触的亚化学计量电介质层的光学叠层。图3显示了包括夹在两个化学计量电介质稳定层之间并且与该两个化学计量电介质层直接接触的亚化学计量电介质层的光学叠层。图4显示了在空气中在730℃下加热4分钟之前和之后，39nm厚NiCrOx试样的折射率n，和消光系数k。图5显示了在对单一银、含有NiCrOx层的低发射率光学叠层回火的时候，透射改变(Delta ％ TY)随NiCrOx层厚度的变化。具体实施例方式本专利技术提供了亚化学计量层，其单独存在或者与一个或多个稳定层相结合，其能够使得光学叠层的光学性能稳定，特别是在加热和回火的过程中。由于工艺的限制，多元素化合物很少以通过化学计量规定的确切的元素比沉积在薄膜层中。根据这一点，在本文中所使用的术语“化学计量”是指一种或多种元素的氧化物、氮氧化物或氧化物，其中，氧和/或氮相对于其它元素的原子比在该一种或多种元素构成的氧化物、氮化物或氧氮化物化合物中氧和/或氮的原子比的±5％以内。例如，“化学计量的”氧化锡在这里是指SnOx，其中1.9≤x≤2.1。″化学计量的″氮化硅在这里是指Si3Ny，其中3.8≤y≤4.2。″化学计量的″Si-10wt％Al的氧氮化物在这里是指(Si0.9Al0.1)3(OxNy)w，其中x+y＝1；当x接近1，w接近6；并且当y接近1，w接近4。在本文中所使用的术语“亚化学计量”是指具有一种或多种元素的氧化物、氮化物或氧氮化物，其中，氧和/或氮相对于其它元素的原子比少于该一种或多种元素构成的氧化物、氮化物或氧氮化物化合物中氧和/或氮的原子比的95％并且至少是其30％。例如，“亚化学计量的”氧化锡在这里是指SnOx，其中0.6≤x＜1.9。″亚化学计量″氮化硅在这里是指Si3Ny，其中1.2≤y＜3.8。在化学计量的或者亚化学计量层中的氧和/或氮的原子比可以通过使用本领域已知的各种技术来确定。例如，n和k的测量可以用来评估化学计量。对于很多化学计量的氧化物和氮化物的n和k值已经详细地记录在文献中并且容易验证。对于特定的亚化学计量材料的某些标准试样的n和k值，也可以容易地获得。这些值与特定化学计量或亚化学计量层的值的对比能够表明氧和/或氮在特定层中的原子比。也可以使用表面分析技术例如x-射线光电子光谱法(XPS)和卢瑟福背散射(RBS)来确定化学计量。在这里所使用的术语″电介质″是指氧化物、氮化物或氧氮化物材料，其可以是″化学计量的″或”亚化学计量的″，其对于可见光至少是部分透明的并且在薄膜中产生干涉效果。在这里所使用的术语″均相″描述了不具有从该层的一个表面向另一个表面扩展的化学成分梯度的层。这样，术语″均相″描述了由单一化合物组成的层。术语″均相″还描述了由两种或多种不同化合物的均匀混合物构成的层。在实施方案中，本专利技术提供了一个光学叠层，其含有与一个或两个稳定层接触的亚化学计量电介质层。优选这些稳定层与亚化学计量层直接接触。亚化学计量层是可以由氧和/或氮与至少一种金属元素或半导体元素的反应产生的亚化学计量电介质组成。合适的金属元素包括过渡金属，Mg，Zn，Al，In，Sn，Sb和Bi。优选，该金属元素包括Mg，Y，Ti，Zr，Nb，Ta，W，Zn，Al，In，Sn，Sb和Bi。合适的半导体元素包括Si和Ge。该亚化学计量层可以用氧化物、氮化物和氧氮化物掺杂提高该层的n和k值的元素，例如Ti，Fe和Cu的氧化物、氮化物和氧氮化物。共溅射该掺杂物和基质材料可以生产具有非均相成分的层，例如，掺杂物的浓度从顶到底改变的层。该亚化学计量层优选具有均相成分。该亚化学计量层优选在光学叠层中主要作为光学干涉层。该亚化学计量层可以具有10-100nm，优选15-80nm，更优选25-70nm范围内的厚度。如果该亚化学计量层厚度小于10nm，则其可能不足以影响光学干涉。如果该亚化学计量层厚度超过100nm，则其可能吸收太多的可见光从而使该光学叠层变暗。如上面所讨论，亚化学计量电介质层可以直接与一个或两个稳定层接触。可以用于稳定层的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学叠层，包括与稳定层直接接触的亚化学计量层，其中　　　　该亚化学计量层由选自氧化物、氮化物和氧氮化物的均相亚化学计量成分构成，其中　　　　该亚化学计量成分包括至少一种选自金属元素和半导体元素的元素，并且　　　　该亚化学计量成分进一步包括亚化学计量的量的选自氧和氮的至少一种元素；　　　　该稳定层包括　　　　至少一种选自金属元素和半导体元素的元素，和　　　　化学计量的量的至少一种选自氧和氮的元素；和　　　　亚化学计量层厚度为１０－１００ｎｍ，并且其厚度大于稳定层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P马施威茨，
申请(专利权)人：AFG工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]