[發明專利]一種硅基底中波紅外增透膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201811555428.7
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN110146943B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 趙中亮
• 申請（專利權）人: 上海歐菲爾光電技術有限公司
• 主分類號: G02B1/115
• 分類號: G02B1/115
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種硅基底上的中波紅外增透膜，該增透膜使用了鍺（Ge）作為高折射率鍍膜材料、硫化鋅（ZnS）和氟化鐿（YbF3）作為低折射率鍍膜材料，使用PVD方法進行光學薄膜鍍制，并且采用離子源輔助沉積與特定的材料蒸發工藝條件，在基底的兩個表面分別沉積5層非規整的膜層。該增透膜可以使得硅窗口在3~5μm波長區間內具有優良的透光效果，平均透過率＞98%。可以有效提高非制冷紅外焦平面探測器的光學效率，提升紅外熱成像儀的成像質量。由于基底是硅片，可以在晶圓級光學封裝窗口中應用。

技術領域

本發明涉及紅外光學鍍膜技術，具體指一種以單晶硅為基底的可提高3~5μm 范圍內紅外光透過率的增透膜。

背景技術

增透膜又稱減反射膜，在光學元件中，由于元件表面的反射作用而使光能損失，為了減少元件表面的反射損耗，常在光學元件表面沉積透明介質薄膜，使得元件達到減反增透的效果。紅外增透膜在民用和軍事方面都有著重要的作用。在民用方面，主要是應用在紅外探測器的光學鏡頭，可用于物體測溫、醫療診斷、安防監控、電氣故障檢測、消防等各個領域。在軍事上，主要應用波段是1~3μm，3~5μm，8~12μm，用于紅外制導技術。

紅外探測器可以把光信號轉換成電信號，進而通過運算，在紅外熱像儀顯示器上生成熱圖像和溫度值，紅外探測器性能的好壞直接決定了熱像儀的成像質量，因此紅外探測器光學鏡頭中增透膜的光學性能是一項非常重要的技術指標。目前用于紅外熱成像的3~5μm增透膜透過率低，已經不適合市場的需要。

硅具有優良的紅外光學特性和物理特性，由于硅晶體在大氣中對1.5~14μm波段紅外光具有良好的透明性，且成本低，是紅外熱像儀理想的窗口材料。隨著晶圓級封裝技術成為近年來走向實用的一種新型紅外探測器封裝技術，硅基光學窗口的應用前景變得越來越廣闊。

發明內容

本發明提出設計了硅基底上的一種中波紅外增透膜，可以使用在紅外測溫和熱成像設備中以減少3~5μm紅外光的反射損耗，增強信號強度，提高探測器響應。

本發明的技術方案是：在雙面拋光的單晶硅基片的兩個表面分別交替沉積Ge、ZnS和YbF3膜層。

本發明的增透膜由正面膜系（1）、基片（2）和背面膜系（3）組成，在硅基底的一面沉積正面膜系（1），在硅基底的另一面沉積背面膜系（3）。

正面膜系（1）的膜系結構為：

基底/ 0.096M 0.048H 0.331M 0.397L 0.045M/空氣。

背面膜系（3）的膜系結構為：

基底/ 0.096M 0.048H 0.331M 0.397L 0.045M/空氣。

其中，H表示一個λ₀/4光學厚度的Ge膜層，M表示一個λ₀/4光學厚度的ZnS膜層，L表示一個λ₀/4光學厚度的YbF3膜層，λ₀為中心波長，H、M與L前的數字為膜層的厚度比例系數。

由于本發明的增透膜對增透區對透過率要求高，采用正面和背面同樣的膜系并使用YbF3材料提高透過率，使得紅外探測器封裝窗口在3~5μm波長范圍內有很好的增透效果。

本發明優點在于：提出了一種以硅為基底的中波紅外增透膜，增透區為3~5μm，即增透區利用中波紅外大氣窗口，平均透過率大于98%，可以應用于非制冷型紅外焦平面探測器領域，增強信號強度，提高探測器響應率。并且可用于紅外焦平面探測器晶圓級封裝窗口領域。

附圖說明

圖1為硅基底中波紅外增透膜正面和背面膜系剖面結構示意圖。

圖2為硅基底的光譜透過率曲線。

圖3為硅基底中波紅外增透膜光譜透過率曲線。

具體實施方式