一种红外内反射金属膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外内反射金属膜及其制备方法，红外内反射金属膜的结构为：Sub/aHbLcHdLeAfBgChDiB/O，其中Sub代表ZnSe、ZnS或Ge、CaF2基底，O代表空气，H代表Ge层，L代表ZnS层，A代表Y2O3层，B代表Al2O3层，C代表Ag层，D代表Cu层；a

【技术实现步骤摘要】
一种红外内反射金属膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种红外内反射金属膜及其制备方法，属于光学薄膜


技术介绍

[0002]在光学系统中，反射膜与增透膜相同，也是不可缺少的组成部分。反射膜是把大部分的入射光能量或者几乎全部反射出去的光学器件。现有报道比较多的是激光用外反射膜，激光用外反射膜通常只要求有足够的反射率，对薄膜的吸收及透过率没有限制要求，此类薄膜一般只需镀制单纯的金属薄膜就可以满足光学系统要求，金属薄膜的制备简单，但金属薄膜通常都比较软，为延长其的使用寿命，往往在金属外层再镀制介质膜加以保护。然而由于基材等的不同，激光用反射膜，并不适于红外中波棱镜的光学成像，为此，专利技术人开发了一种红外内反射金属膜，能满足红外中波棱镜3.5
‑
5um光学成像系统的需求，实现了在ZnSe、ZnS、Ge、CaF2等红外基底的光学元器件镀制内反射薄膜的可行性。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种红外内反射金属膜及其制备方法，在红外波段材质表面镀制内反射薄膜，得到了具有优异的机械物理性能及光学性能的反射金属膜，适于红外中波棱镜光学成像。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种红外内反射金属膜，膜层结构为：Sub/aHbLcHdLeAfBgChDiB/O，其中Sub代表ZnSe、ZnS、Ge或CaF2基底，O代表空气，H代表Ge层，L代表ZnS层，A代表Y2O3层，B代表Al2O3层，C代表Ag层，D代表Cu层；a
‑
i代表每层的四分之一参考波长光学厚度的系数，其数值大小与参考波长λ有关。
[0006]由于本专利技术所需的反射波段是中波红外波段，兼顾成本和性能，本申请采用金属银作为主反射镀膜材料。
[0007]反射增强层采用Ge、ZnS膜堆提升反射率，Y2O3材料的透光范围是0.25μm
‑
12μm，选其作为增强层与反射层膜料之间的过渡层，可显著增强膜层的附着力。在银外层增镀金属铜加以对银膜的保护，从而形成结构稳定的本专利技术结构的光学薄膜。
[0008]上述参考波长λ为550nm，a
‑
i的取值范围分别为5.7
‑
6.3、6.7
‑
7.4、5.7
‑
6.3、6.7
‑
7.4、0.35
‑
0.45、0.35
‑
0.45、0.05
‑
0.08、0.8
‑
1.3、1.35
‑
1.55。优选，a
‑
i的取值分别为：6.04、7.05、6.04、7.05、0.39、0.36、0.08、1.10、1.44。
[0009]a
‑
i对应各层的物理厚度分别为200
‑
220nm、385
‑
425nm、200
‑
220nm、385
‑
425nm、28
‑
32nm、28
‑
32nm、190
‑
210nm、190
‑
210nm、110
‑
130nm。
[0010]优选的基底层(Sub)为ZnSe。
[0011]上述镀膜过程中采用离子辅助沉积。有效解决膜层间的应力问题，提升了膜层的致密性，使膜层更加牢固，寿命更长。
[0012]上述红外内反射金属膜，采用高、低温镀膜方法，使用银作为高效反射层，通过离
子辅助沉积，提高了银膜对环境的耐用特性、可有效保持基片的表面光洁度，得到了光学性能优良、制备重复性好、膜层附着力强、耐摩擦的内反射薄膜。该反射膜在中波及长波红外波段反射Ravg≥99.5％，满足了该光学系统的使用要求。
[0013]为了更好地确保附着力，镀膜前对基片进行清洁：用脱脂擦拭布蘸无水乙醇和乙醚的1:3混合液进行擦拭，除去表面的残污。
[0014]为了更好地确保膜层的致密度，起始真空度为7.0
×
10
‑4Pa，烘烤温度为40～110℃，优选，aH层、bL层、cH层和dL层的烘烤温度为100～110℃，其余层的烘烤温度为40～50℃；离子源参数设置为：加速电压200V，屏极电压400
‑
600V，束流10
‑
150mA。
[0015]为了进一步加强附着力，蒸发前，对基底进行5min的离子轰击，目的是清洁基片，提高凝聚系数，加强膜层的附着力；在膜层沉积的过程中，使用考夫曼离子源辅助沉积，增加聚集密度。
[0016]在沉积eA层、fB层和iB时，均充入Ar，维持真空度在5.0
×
10
‑3Pa；沉积其余层时，不充气，维持真空度高于8.0
×
10
‑4Pa。这样可改善结构完整性和应力匹配，有效解决膜层间的应力问题，从而提高了膜层的致密性，膜层更加牢固、寿命更长。
[0017]膜层制备时条件的控制，是非常关键的，各膜层的制备条件不仅影响着单膜层的致密性等性能，还影响着与相邻膜层的结合力以及整体膜层的光学性能，其中尤为重要的是蒸发速率的选择，本申请Ge的蒸发速率控制在0.15
±
0.1nm/s，ZnS的蒸发速率控制在0.3
±
0.05nm/s，Y2O3的蒸发速率控制在0.3
±
0.1nm/s，Al2O3的蒸发速率控制在0.3
±
0.05nm/s，Ag的蒸发速率控制在3
±
0.5nm/s，Cu的蒸发速率控制在0.5
±
0.1nm/s，申请人经长期的研发实践发现，针对本申请三层结构的间隔膜层，前述速率所得到的膜层的致密性、及与相邻膜层的结合力是最高的。
[0018]本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0019]本专利技术红外内反射金属膜，在红外波段材质表面镀制内反射薄膜，采用新颖的膜系结构，具有优异的机械物理性能及光学性能，适于红外中波棱镜光学成像。
附图说明
[0020]图1为本专利技术红外内反射金属膜的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术红外内反射金属膜的设计反射曲线；
[0022]图3为本专利技术实施例1红外内反射金属膜的检测曲线；
具体实施方式
[0023]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0024]各例的测试结果，为5个样品的平均测试值。
[0025]实施例1
[0026]如图1所示，红外内反射金属膜的结构为：Sub/aHbLcHdLeAfBgChDiB/O，其中Sub代表ZnSe基底，O代表空气，H代表Ge层，L代表ZnS层，A代表Y2O3层，B代表Al2O3层，C代表Ag层，D代表Cu层；a
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外内反射金属膜，其特征在于：膜层结构为：Sub/aHbLcHdLeAfBgChDiB/O，其中Sub代表ZnSe、ZnS、Ge或CaF2基底，O代表空气，H代表Ge层，L代表ZnS层，A代表Y2O3层，B代表Al2O3层，C代表Ag层，D代表Cu层；a
‑
i代表每层的四分之一参考波长光学厚度的系数。2.如权利要求1所述的红外内反射金属膜，其特征在于：参考波长λ为550nm，a的取值范围为5.7
‑
6.3，b的取值范围为6.7
‑
7.4，c的取值范围为5.7
‑
6.3，d的取值范围为6.7
‑
7.4，e的取值范围为0.35
‑
0.45，f的取值范围为0.35
‑
0.45，g的取值范围为0.05
‑
0.08，h的取值范围为0.8
‑
1.3，i的取值范围为1.35
‑
1.55。3.如权利要求1或2所述的红外内反射金属膜，其特征在于：a
‑
i对应各层的物理厚度分别为200
‑
220nm、385
‑
425nm、200
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220nm、385
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425nm、28
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32nm、28
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32nm、190
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210nm、190
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210nm和110
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳佳，李全民，朱敏，吴玉堂，
申请(专利权)人：南京波长光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：