硫系玻璃基底PECVD法沉积光学薄膜工艺研究

硫系玻璃基底PECVD法沉积光学薄膜工艺研究

费海明;杭凌侠

【摘要】针对硫系玻璃(IRG204)的低软化点特点,为研究等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)在硫系玻璃基底低温沉积薄膜的可行性以及工艺条件,通过氩离子轰击工艺确定基底可承受的离子辅助轰击强度和时间,并在此基础上,以100℃的温度分别制备了SiNx,SiOxNv和SiOxFv薄膜.采用椭偏仪检测薄膜的折射率和厚度,傅里叶红外光谱仪检测薄膜的红外透过率,按GJB 2485-95标准对膜层进行耐摩擦测试.结果表明:氩离子清洗工艺中,射频功率为300W,Ar气流量为50 sccm,压强为30 Pa及轰击时间在30 min以内,对基底材料无损伤.轰击时间为5 min时,镀制的SiNx,SiOxNv和SiOxFy薄膜折射率分别为1.74,1.54和1.39,略低于常规工艺,消光系数小于10-5,与常规工艺无明显差异;镀制的薄膜满足膜层牢固度测试.利用该方法在硫系玻璃上沉积光学薄膜可行,并通过红外光谱分析确定,该方法制备的薄膜材料适用于近红外和中红外波段.%The feasibility and technological conditions of low temperature deposition of chalcogenide glass (IRG204) by PECVD method were studied according to the characteristics of low softening point of IRG204.The material properties of IRG204 were characterized by argon ion bombardment,and the appropriate ion assisted bombardment strength and time were obtained.On this basis,the SiNx,SiOxNy and SiOxFy film were prepared on the chalcogenide glass substrate at 100 ℃,and the refractive index and thickness of thin films were measured by ellipsometry,the infrared transmittance of the films was detected by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).Finally,the film was tested by GJB 2485-95 standard.The results show:While the RF power is 300 W,Ar gas

flow rate is 50 sccm,pressure is 30 Pa and bombardment time is less than 30 min,there is no damage to the substrate material.The refractive index of deposition of SiNx,SiOxNy and SiOxFy thin film was 1.74,1.54 and 1.39 respectively when the bombardment time is 5 min.The refractive index is slightly lower than that of the conventional process,and the extinction coefficient is less than 10-5.The prepared films meet the friction

test.Therefore,it is feasible to use this method to deposit optical thin films on chalcogenide glass.The infrared spectrum analysis results show the thin films prepared by this method are applied to the near infrared and mid infrared bands.

【期刊名称】《西安工业大学学报》

【年(卷),期】2017(037)005

【总页数】7页(P368-374)

【关键词】硫系玻璃;等离子体辅助化学气相沉积;光学薄膜;光学特性;摩擦特性【作者】费海明;杭凌侠

【作者单位】西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安710021;西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安710021

【正文语种】中文

【中图分类】O484

硫系玻璃作为一种新型的红外光学材料，红外透过波段宽，可覆盖三个大气窗口，可精密模压成型，方便大批量的生产，被广泛应用于红外热成像以及红外军用设备

中[1-5].由于红外硫系玻璃折射率较高，表面反射大，必须镀减反射膜来降低表面

反射损失.等离子体辅助化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)技术制备光学薄膜时的常规工艺沉积温度控制在300 ℃左

右[6]，而硫系玻璃软化点都较低，如IRG204硫系玻璃的软化点为167 ℃.如何在硫系玻璃上沉积出质量可靠附着力好的薄膜，同时不破坏基底表面状态成了研究难点.

文献[7]在Ga30As10Se60基底上采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的方法制备了两种红外增透膜，实现了8～11.5 μm波段范围内平均透射率

为94%.文献[8]制备了用于红外热成像的硫系玻璃，并利用离子束辅助沉积(Ion Assisted Deposition，IAD)技术在Gasir1玻璃(Ge22As20Se58)上制备了减反射膜层.文献[9]在Ge22Ga11Se63CsI4硫系玻璃上，采用PVD的方法制备了7层的减反射膜，实现了8～11 μm的平均透过率为97%.而目前采用PECVD法在硫系

玻璃上沉积光学薄膜的文章还未见报导.

本文采用PECVD技术，在硫系玻璃上完成了SiNx，SiOxNy和SiOxFy薄膜试制，并对所制备的薄膜进行了牢固度测试.测试结果表明，该方法可以作为硫系玻璃基

底上低温沉积光学薄膜的有效技术途径，为推广硫系玻璃的应用奠定了工艺基础. 选用口径为∅20 mm的IRG204号硫系玻璃作为实验样片(化学式为

Se63As30Sb4Sn3，软化点为167 ℃，折射率为2.80 (在波长为2 000 mm处)，选用消光系数<10-2的沉积工艺，在低温下进行离子束轰击试验，寻求增强薄膜

牢固度的有效技术途径.

首先对样片进行离子束轰击试验，确定基片的耐受工艺条件，并选取合适的离子束轰击工艺，在此基础上，完成低温沉积试验，并对制备的薄膜的光学特性和红外透过率进行测量，最后进行耐摩擦测试，检验薄膜的牢固度.为明确工艺对硫系玻璃

低温沉积薄膜的影响，从四个方面对结果进行分析.首先利用Taylor Surf CCI