[發明專利]一種紅外增透的二氧化鉿介質薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202011103988.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112241031B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 趙九蓬;谷金鑫;豆書亮;李垚;魏航;任飛飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B1/115
• 分類號: G02B1/115;C23C14/02;C23C14/08;C23C14/58;C23C14/35
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種紅外增透的二氧化鉿介質薄膜及其制備方法，它屬于紅外增透領域。本發明要解決現有Si基底透過率較低，而HfO₂薄膜存在增透極限的問題。紅外增透的二氧化鉿介質薄膜由Si基底及一側設置的HfO₂微納結構層組成，或紅外增透的二氧化鉿介質薄膜由Si基底及兩側設置的HfO₂微納結構層組成。制備方法：一、清洗基片；二、HfO₂薄膜制備；三、微納結構加工。本發明用于紅外增透的二氧化鉿介質薄膜及其制備。

技術領域

本發明屬于紅外增透領域。

背景技術

紅外透明材料在夜視、遙感、光通信和新興醫學成像方式等領域發揮著重要作用。硅(Si)以其高硬度、好的化學穩定性以及與光學涂層和微加工工藝的普遍相容性等特點，被廣泛應用于中遠紅外成像中。但由于Si透過率較低(小于60％)，在探測波段的紅外信號時，得到的探測信號較弱，影響成像效果，進而影響探測結果的準確性。為提高光學元件的系統透過率，一般在光學元件表面沉積一層增透膜。增透膜又稱減反膜，可以減少光學元件因其表面反射作用而產生反射損耗，達到減反增透的效果。常用的無機減反增透膜材料主要有氟化鎂、二氧化硅和三氧化二鋁等。然而，現有的氟化鎂膜主要適用于3μm～5μm波段的紅外增透，難以滿足8μm～12μm波段的增透，且制備工藝較為復雜；二氧化硅和三氧化二鋁薄膜在中遠紅外存在吸收振動峰，限制了紅外增透效果。二氧化鉿(HfO₂)具有紫外到紅外較寬的透明區域(0.22μm～12μm)，非常適合做寬波段紅外增透材料。此外，二氧化鉿薄膜具有良好的熱穩定性，機械穩定性，與硅的晶格匹配良好，是硅基底增透的優選材料之一。然而，由于二氧化鉿的折射率(1.9)較高，存在增透極限。

發明內容

本發明要解決現有Si基底透過率較低，而HfO₂薄膜存在增透極限的問題，而提供一種紅外增透的二氧化鉿介質薄膜及其制備方法。

紅外增透的二氧化鉿介質薄膜由Si基底及一側設置的HfO₂微納結構層組成，或紅外增透的二氧化鉿介質薄膜由Si基底及兩側設置的HfO₂微納結構層組成；

所述的HfO₂微納結構層由多個HfO₂微納結構單元組成，所述的多個HfO₂微納結構單元緊密排列于Si基底表面，且HfO₂微納結構單元的形狀為圓錐形、圓臺形、子彈形或拋物線形；當所述的HfO₂微納結構單元為圓錐形時，圓錐形底面直徑為500nm～1000nm，高度為500nm～1500nm，圓錐角為37°～53°；當所述的HfO₂微納結構單元為圓臺形時，圓臺形頂面直徑為100nm～500nm，底面直徑為500nm～1000nm，高度為500nm～1500nm；當所述的HfO₂微納結構單元為子彈形時，底面直徑為500nm～1000nm，高度為500nm～1500nm；當所述的HfO₂微納結構單元為拋物線形時，底面直徑為500nm～1000nm，高度為500nm～1500nm。

一種紅外增透的二氧化鉿介質薄膜的制備方法，它是按以下步驟進行的：

一、清洗基片：

對Si基底進行清洗，得到預處理的Si基底；

二、HfO₂薄膜制備：

在Ar氣體流量為80sccm、O₂氣體流量為4sccm、氣壓為0.6Pa～1.4Pa、功率為100W～200W及溫度為200℃～500℃的條件下，利用直流磁控濺射技術在預處理的Si基底一側或兩側濺射HfO₂薄膜；

三、微納結構加工：