[發明專利]SiAlON薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210563617.5
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103880432A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 劉光輝;劉茜;周真真;魏欽華;楊華
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/599
• 分類號: C04B35/599;C04B35/622
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 江磊

1.一種SiAlON薄膜，以Si、Al、O和N的總原子數為基準計，該薄膜包含：27.7-35.6％的Si，10.8-13.4％的Al，19.3-57.5％的O，以及3.9-31.7％的N，所述薄膜還額外包含1-3％的以下附加金屬元素：稀土元素、堿土金屬、或其組合，以上百分數均為原子數百分比。

2.如權利要求1所述的SiAlON薄膜，其特征在于，所述附加金屬元素選自Nd、Sm、Dy、Yb、Ca、或者它們的組合。

3.如權利要求1所述的SiAlON薄膜，其特征在于，所述SiAlON薄膜對波長為0.22-8.0微米的光的透射率為40-95%，折射率為1.4-1.95。

4.一種用來制造如權利要求1-3中任一項所述的SiAlON薄膜的方法，所述方法包括以下步驟：

i)制造SiAlON陶瓷靶材，以Si、Al、O和N的總原子數為基準計，該靶材包含：26.8-35.0%的Si,7.85-16.1%的Al,50-53.2%的N,4.0-7.1%的O，所述靶材還額外包含1-3％的以下附加金屬元素：稀土元素、堿土金屬、或其組合，以上百分數均為原子數百分比；

ii)使用步驟i)制得的陶瓷靶材，通過離子束濺射在基片上沉積所述SiAlON薄膜。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟i)中，所述陶瓷靶材是通過以下方式制造的：根據最終的陶瓷靶材的具體組成，按照所需的比例將Si₃N₄、AlN、Al₂O₃以及附加金屬元素的氧化物或氮化物均勻混合，在1600-1800℃、優選1650-1750℃、最優選1700℃的溫度下下熱壓燒結，然后自然冷卻；

所述附加金屬元素選自Nd、Sm、Dy、Yb、Ca、或者它們的組合。

6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟ii)中，首先通過抽氣使得體系內的壓力達到1×10^-5至2×10^-7帕，然后通入反應氣體，使得壓力達到1×10^-1至2×10^-2帕，然后在常溫條件下進行Ar+離子束濺射。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述反應氣體包含氧氣、氮氣、或者它們的混合物，所述反應氣體的流量為0.5-4.0sccm。

8.如權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟ii)中使用的基片選自以下材料的片材：ZnS熱壓陶瓷、硅、鍺、ZnSe、熔融石英或BK7玻璃。

9.如權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟ii)中，以10-30W的離子源工作功率，用Ar+離子束進行離子束濺射，SiAlON薄膜的沉積速率為0.5-1.5埃/秒。

10.一種由權利要求4-9中任一項所述的方法制造的組合件，該組合件包括基片以及沉積在該基片之上的SiAlON薄膜，與未沉積所述SiAlON薄膜的所述基片相比，所述組合件在0.22-8微米的波長范圍內的透射率提高了10-25.4％，所述組合件的顯微硬度提高了70-75%。