一种氮掺杂氧化钇薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及金属氧化物薄膜技术领域，更具体地，涉及一种氮掺杂氧化钇薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术的氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，通过采用磁控溅射制备氮掺杂氧化钇薄膜，包括预溅射和薄膜镀制；所述薄膜镀制的反应气体为氮气和氧气的混合气体，且氮气与氧气的流量比为(1～5):0.3，沉积温度≥25℃。该方法以特定比例的N2/O2混合气作为磁控溅射的反应气体，同时结合特定的沉积温度，进而调控氧化钇薄膜的晶体结构、表面形貌及粗糙度，从而在保持氧化钇薄膜红外增透效果的同时，提高其耐磨性和疏水性以增强保护效果。性和疏水性以增强保护效果。性和疏水性以增强保护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂氧化钇薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及氧化物薄膜
，更具体地，涉及一种氮掺杂氧化钇薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]红外技术最初主要用于军事领域，后来随着科技发展，开始逐渐应用大气探测、航天或其他民用领域。在红外光学系统中，红外光能量的透过率直接决定了该系统性能的好坏，而减少光学元件表面的反射是增加光学系统在工作波段的有效手段，主要通过在红外光学元件表面镀增透膜来降低其表面反射损失，进而提高整个红外光学系统的性能。
[0003]目前，随着近红外分析技术和活体无探伤检测技术的发展，以及红外成像、红外探测和红外遥感的应用，红外增透膜在近红外和中红外波段的应用较为广泛。例如，现有技术中以硫化锌为基底，ZnS和YbF3为高低折射率材料所制备的增透膜在400～1000nm的平均透过率显著提高，实现可见与近红外的增透效果；此外，将TiO2和SiO2作为高低折射率材料，在K9玻璃上镀制增透隔膜使得在0.55～0.78μm和1.0～1.3μm波段的平均通过率明显改善。
[0004]然而，随着红外技术应用领域的拓宽，人们对红外增透膜提出了更高的要求，不仅要求其优异的透过率，还需要其具备各种耐环境性能。例如，需要红外增透膜具备高耐磨性能以减少使用过程中，高速飞行固体颗粒对红外增透膜的破坏，同时还需要其具备良好的疏水性，以防止水滴冲击或潮湿环境的水汽导致红外增透膜潮解吸湿甚至脱落，因此急需一种既能起增透作用又能达到很好保护作用的红外增透膜。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有红外增透膜无法同时具备红外增透效果和耐磨、疏水等保护效果的缺陷或不足，提供一种氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，通过选择特定比例的N2/O2混合气作为磁控溅射的反应气体，同时结合特定的沉积温度，进而调控氧化钇薄膜的晶体结构、表面形貌及粗糙度，从而在保持氧化钇薄膜红外增透效果的同时，提高其耐磨性和疏水性以增强保护效果。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种氧化钇薄膜。
[0007]本专利技术的又一目的是提供一种氧化钇薄膜在耐高温和/或耐磨疏水材料中的应用。
[0008]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]本专利技术保护一种氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，其采用磁控溅射制备氮掺杂氧化钇薄膜；所述磁控溅射包括预溅射和薄膜镀制；
[0010]所述薄膜镀制的反应气体为氮气和氧气的混合气体，且氮气与氧气的流量比为(1～5):0.3，沉积温度≥25℃。可选地，氮气与氧气的流量比为1:0.3、2:0.3、3:0.3、4:0.3和5:0.3。
[0011]优选地，所述薄膜镀制的氮气与氧气的流量比为(4～5):0.3。
[0012]优选地，所述薄膜镀制的沉积温度为25～600℃。可选地，沉积温度为200～400℃；具体地，沉积温度为150℃、250℃、350℃、450℃和550℃。
[0013]具体地，所述薄膜镀制的压强为0.3～0.7Pa，溅射功率为80～120W，溅射时间为15～30min。
[0014]进一步地，所述预溅射的气氛为氩气，溅射功率为80～120W，溅射时间为15～25min。
[0015]本专利技术还保护一种上述制备方法制得的氮掺杂氧化钇薄膜。
[0016]在具体实施方式中，上述氮掺杂氧化钇薄膜的厚度为311～572nm。
[0017]具体地，上述氮掺杂氧化钇薄膜为非晶结构。当氮掺杂氧化钇薄膜为非晶结构时具有更好的透光率。
[0018]具体地，所述氮掺杂氧化钇薄膜的粗糙度为2.46～6.96nm。
[0019]一种上述氮掺杂氧化钇薄膜在耐磨、疏水红外增透膜中的应用，也在本专利技术的保护范围之内。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，通过选择特定比例的N2/O2混合气作为磁控溅射的反应气体，同时结合特定的沉积温度，进而调控氧化钇薄膜的晶体结构、表面形貌及粗糙度，从而在保持氧化钇薄膜红外增透效果的同时，提高其耐磨性和疏水性以增强保护效果。
附图说明
[0022]图1为实施例1～5中氮掺杂氧化钇薄膜的GIXRD衍射图。
[0023]图2为实施例3中氮掺杂氧化钇薄膜的(a)表面SEM图和(b)截面SEM图(b)。
[0024]图3为实施例3中氮掺杂氧化钇薄膜的元素分布图及EDS原子比例图。
[0025]图4为实施例1～5中氮掺杂氧化钇薄膜的AFM图。
[0026]图5为实施例1～5中氮掺杂氧化钇薄膜的表面粗糙度变化图。
[0027]图6为实施例1～5中氮掺杂氧化钇薄膜的在室温空气中放置(a)2d、(b)7d、(c)12d后的接触角图及其(d)润湿性能变化图。
[0028]图7为实施例1～5中氮掺杂氧化钇薄膜暴露于大气中(a)0d和(b)12d的傅里叶红外光谱图。
[0029]图8为实施例6～8中氮掺杂氧化钇薄膜的GIXRD衍射图。
[0030]图9为实施例7中氮掺杂氧化钇薄膜的截面(a)和表面(b)的SEM图。
[0031]图10为实施例6～8中氮掺杂氧化钇薄膜的AFM图。
[0032]图11为实施例6～8中氮掺杂氧化钇薄膜的表面粗糙度变化图。
[0033]图12为实施例6～8中氮掺杂氧化钇薄膜的在室温空气中放置(a)2d、(b)7d、(c)12d后的接触角图及其(d)润湿性能变化图。
[0034]图13为实施例6～8中氮掺杂氧化钇薄膜暴露于大气中(a)0d和(b)12d的傅里叶红外光谱图。
具体实施方式
[0035]以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。
[0036]除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0037]利用纯度为99.99％的金属Y靶，直径为59mm，靶材厚度为5mm以及氧气与氮气作为反应气体镀制了薄膜样品。
[0038]实施例1
[0039]一种氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0040]S1.清洗衬底：将P型(100)单晶Si片用高纯氮气吹洗，放置到溅射室的基底金属片上；
[0041]S2.抽真空：关闭舱门，打开抽真空的系统，机器会根据真空度的不同而切换泵的类型，直至本底真空度达到3.0
×
10
‑4Pa以下；
[0042]S3.预溅射：首先通入氩气，然后开启100W直流电源进行20分钟溅射，通过这个方法来清除靶表面的污物；
[0043]S4.薄膜镀制：设置氧气流量为0.3sccm、氮气流量为1sccm，通过系统控制真空阀门的位置，调节压强至0.5Pa，溅射功率调至100W，打开样品台挡板开始沉积薄膜，沉积温度为25℃，溅射时间为1000s，溅射完成后即得氮掺杂氧化钇薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射制备氮掺杂氧化钇薄膜，所述磁控溅射包括预溅射和薄膜镀制；所述薄膜镀制的反应气体为氮气和氧气的混合气体，且氮气与氧气的流量比为(1～5):0.3，沉积温度≥25℃。2.根据权利要求1所述氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，其特征在于，所述氮气与氧气的流量比为(4～5):0.3。3.根据权利要求1所述氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，其特征在于，所述沉积温度为25～600℃。4.根据权利要求1～3任一项所述氮掺杂氧化钇薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜镀制的压强为0.3～0.7Pa，溅射功率为80～120W。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯琳，黄波，吕枚倩，黄泽祎，马晓蕊，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：