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金刚石膜表面微结构红外增透性能研究

红外与激光工程 2021年第2期50卷 126-133页

作者：张朝阳魏俊俊邢忠福彭志勇刘金龙陈良贤李成明北京科技大学新材料技术研究院北京100083 天津津航技术物理研究所天津300308

CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料,但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟,建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。... 详细信息

CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料,但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟,建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。基于此为指导,探讨了在具有微结构硅片表面,采用MPCVD方法复制生长出具有微结构的金刚石自支撑光学级薄膜,用于提升金刚石膜在红外波段的透过率。采用扫描电镜(SEM)观察了原始硅片和金刚石表面及微结构形貌,通过拉曼散射光谱评估了金刚石的生长质量及形核层影响,采用红外光谱仪测试了金刚石红外透过率。结果显示,单面构筑微结构后,金刚石膜在8~12μm波段的透过率可从70%提升至76%,说明表面微结构能显著提升金刚石膜的光学透过性能。非金刚石形核层以及表面微结构的完整性不足可能是导致实验结果与理论模拟结果具有一定偏差的主要原因。

关键词：金刚石膜亚波长结构红外增透仿真模拟

类金刚石薄膜作为MgF_2红外增透和保护膜的研究

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光电子技术 1996年第2期16卷 113-118页

作者：张贵锋刘正堂郑修麟西北工业大学材料科学与工程系

系统地研究了MgF2衬底上类金刚石薄膜的折射率和生长速率与淀积工艺之间的关系，在MgF2衬底上成功地设计并制备了红外增透和保护膜。理论与实验研究表明，类金刚石薄膜使MgF2的红外透过率提高3％以上是完全可能的，但起红外增透和保护... 详细信息

系统地研究了MgF2衬底上类金刚石薄膜的折射率和生长速率与淀积工艺之间的关系，在MgF2衬底上成功地设计并制备了红外增透和保护膜。理论与实验研究表明，类金刚石薄膜使MgF2的红外透过率提高3％以上是完全可能的，但起红外增透和保护双重作用的统一性问题仍有待进一步研究。

关键词：类金刚石薄膜红外增透保护膜红外光学材料

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金刚石红外增透保护膜

真空与低温 1996年第3期2卷 131-133页

作者：李敬起郭晚土孙亦宁兰州物理研究所

金刚石在红外区具有很好的透过率，可用作红外光学保护材料。另外，金刚石又具有优越的机械、热学、化学性能，可镀在其它红外材料上作为保护膜。用热丝化学气相沉积法在硅晶片上镀了一层金刚石膜，测量其红外透过率，在２．５～１５μ... 详细信息

金刚石在红外区具有很好的透过率，可用作红外光学保护材料。另外，金刚石又具有优越的机械、热学、化学性能，可镀在其它红外材料上作为保护膜。用热丝化学气相沉积法在硅晶片上镀了一层金刚石膜，测量其红外透过率，在２．５～１５μｍ波长范围内透过率都有所增加，最高处透过率从５２％提高到６４．１％。

关键词：金刚石薄膜红外增透保护膜薄膜

红外宽波段介质纳米阵列增透结构的设计与制备

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红外宽波段介质纳米阵列增透结构的设计与制备

作者：张蓓东华理工大学

学位级别：硕士

随着纳米结构制备工艺的快速发展,表面具有共振纳米结构的材料可以针对目的波段进行光吸收的增强,达到光调控的作用,介质纳米阵列结构被广泛应用于红外光电器件达到对宽波段的增透效果。二氧化钛（Titanium Dioxide,Ti O）与氮化硅（Sil... 详细信息

随着纳米结构制备工艺的快速发展,表面具有共振纳米结构的材料可以针对目的波段进行光吸收的增强,达到光调控的作用,介质纳米阵列结构被广泛应用于红外光电器件达到对宽波段的增透效果。二氧化钛（Titanium Dioxide,Ti O）与氮化硅（Silicon nitride,SiN）作为宽带隙半导体材料,具有高折射率、耐高温、抗氧化、很好的抗热震性和抗机械冲击性等特点。高折射率Ti O与SiN纳米颗粒由于其支持散射共振的能力以及在光学频率下比等离子体低得多的寄生吸收而受到越来越多的关注,在光电器件等领域有着广泛应用。通过在Ti O与SiN材料表面制备一层光学共振纳米阵列结构,易激发散射光学共振效应。然而介质纳米阵列结构做到增透效果,其纳米阵列的直径、高度、分布周期等都会影响其增透特性,因此如何做到对纳米阵列结构物理参数的高精度控制来获得相应的光调控特性是迫切需要解决的问题之一。本文为了对光进行精确调控应用于红外光电器件,制备出尺寸参数精确可控、有序排列且均匀分布Ti O与SiN介质纳米阵列增透结构,采用自组装纳米球刻蚀法来进行制备。首先通过时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）建模仿真,分别获得Ti O与SiN纳米阵列的最佳物理参数,为后期的实验制备打下基础。然后采用气液界面法自组装成单层聚苯乙烯（Polystyrene,PS）球掩膜,最佳的PS球甲醇溶液浓度可以获得大面积紧密排列的掩膜,进而获得大面积有序排列的纳米柱。再采用感应耦合等离子体刻蚀（Inductively Coupled Plasma,ICP）得到相应的纳米阵列结构,对其工艺参数进行讨论、优化,最终得到了形貌良好,符合理论仿真尺寸的、大面积均匀分布、高度有序的Ti O与SiN介质纳米阵列结构。最后,对其进行减反射测试,两种材料的反射率在近红外波段（1000nm-2000nm）均低至2%,验证了其增透特性,证明Ti O与SiN介质纳米阵列结构均具有优异的红外增透效果,这与前期的仿真吻合度极高,可以广泛应用在红外光电器件领域。

关键词：介质纳米阵列结构二氧化钛氮化硅红外增透

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金刚石薄膜的双波段红外光学性能研究

金刚石与磨料磨具工程 2011年第3期31卷 27-30,34页

作者：李建国丰杰胡东平万强中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

本文针对红外光学材料对宽波段透过的要求,采用HFCVD法在硅基体上制备了红外增透的金刚石薄膜。设计了高红外透过率的膜系结构,探讨了基体处理方式、单面、双面涂层工艺和厚度对红外透过率的影响,并给出了相关的光谱测试结果和金刚石薄... 详细信息

本文针对红外光学材料对宽波段透过的要求,采用HFCVD法在硅基体上制备了红外增透的金刚石薄膜。设计了高红外透过率的膜系结构,探讨了基体处理方式、单面、双面涂层工艺和厚度对红外透过率的影响,并给出了相关的光谱测试结果和金刚石薄膜的微观形貌、结构表征。结果表明:双面涂层金刚石薄膜工艺具有优异的双波段红外性能,在3.0～5.0μm波段的最大红外透过率达到80%,接近于理论值;在8.0～14.0μm波段的最大增透率达18%,最大红外透过率达65%,与天然金刚石的透过率接近。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。

关键词：金刚石薄膜双面涂层双波段红外增透

反应溅射法生长YOxNy薄膜的性能及红外光学应用研究

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反应溅射法生长YOxNy薄膜的性能及红外光学应用研究

作者：渠溪溪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

多光谱硫化锌能够实现近红外至长红外的光学透过,是飞行器红外窗口基底的首选材料。但是硫化锌质地较软,脆性大,当飞行器高速飞行时,在使役环境大气中,红外窗口会受到来自砂石、雨滴等的冲击损伤,故必须涂覆增透保护膜。并且,传统薄膜... 详细信息

多光谱硫化锌能够实现近红外至长红外的光学透过,是飞行器红外窗口基底的首选材料。但是硫化锌质地较软,脆性大,当飞行器高速飞行时,在使役环境大气中,红外窗口会受到来自砂石、雨滴等的冲击损伤,故必须涂覆增透保护膜。并且,传统薄膜材料的硬度已无法满足要求,故必须研制超硬增透保护薄膜材料。过渡族金属氮化物(T(transition)M(metal)N(nitrides))薄膜由于具有类似的高硬度、良好的热稳定性、良好的扩散阻挡性、抗氧化性、耐磨损和耐腐蚀等优异的光学和力学性质而受到了广泛的关注。但由于金属元素与氮元素较强的结合力,使薄膜在硬度提高的同时损失了红外透过性能。考虑到金属氧化物在红外增透方面良好的性能,故在氮化物薄膜中加入氧元素。本文采用射频反应磁控溅射方法,分别以石英片和硅片为衬底,研究制备参数中温度对氮化钇薄膜性能的影响,氧气流量对氮氧化钇薄膜性能的影响。并采用探针式轮廓仪、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、椭偏仪(SE)、紫外可见光分光光度计、纳米压痕等测试手段对薄膜的结构、光学特征、力学特征等进行了测试分析。根据测试结果,选择合适的温度和氧气流量分别在ZnS基底上镀制氮化钇和氮氧化钇薄膜,并用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测试薄膜在红外范围的透过率。研究结果表明,衬底温度对氮化钇薄膜性能具有较大的影响。衬底温度对于薄膜的沉积速率没有太大影响;温度升高,薄膜的表面粗糙度降低;XRD结果表明,在室温至500℃范围内结晶相为氮化钇,并随温度升高,结晶度先下降后增加,在600℃时,薄膜中的结晶相变为氧化钇;XPS结果显示,衬底温度的升高使薄膜中成键氧含量增加,使得温度较高时薄膜中结晶相变为氧化钇;椭偏结果表明氮化钇为反常色散材料,消光系数一直维持在较小值;温度升高,氮化钇薄膜的光学带隙增加,但变化不明显,光学带隙值均为2.2eV左右;薄膜的硬度发生了较大的改变,衬底温度升高使薄膜硬度值有了显著的增加。氧气流量对于氮氧化钇薄膜的性能影响不大。随着氧气流量的增加,沉积速率逐渐下降;表面粗糙度下降;XRD结果显示,薄膜为立方氧化钇结构,氮元素以间隙原子形式存在,并且随氧气流量增加,结晶度逐渐下降;XPS结果显示,随氧气流量增加,薄膜中O元素的含量显著增加;椭偏结果证明氮氧化钇薄膜为正常色散材料;氧气流量增大时,薄膜光学带隙值增加,并且都大于YN的光学带隙值,小于YO的光学带隙值,说明通入氧气后,薄膜的光学性能有所提高;薄膜的硬度变化不明显。在ZnS衬底上分别镀制了氮化钇及氮氧化钇薄膜。氮化钇薄膜透过率最大为75%,在近红外及中红外波段范围内,透过率有所提高;氮氧化钇薄膜透过率最大为88%,在近红外、中红外及远红外波段范围内均有较大的提高。镀制氮化钇及氮氧化钇薄膜后的透过率均大于ZnS衬底70%的数值。并且氮化钇薄膜最大的硬度值为8.5 GPa,可以综合利用氮化钇薄膜的高硬度及氮氧化钇薄膜的高透过率,根据膜系设计理论,制备复合薄膜,达到红外增透保护的效果。

关键词：磁控溅射氮化钇氮氧化钇薄膜性能红外增透

面向激光防护应用的金刚石/V_2O_5膜系设计与制备

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红外与激光工程 2015年第8期44卷 2491-2495页

作者：左杨平卢文壮张圣斌余亚平冯森左敦稳南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016

针对目前激光对红外光电传感器的威胁,为满足红外传感器在可见光与3～5μm波段高透射,低于3μm波段高反射的使用要求,采用光学金刚石作为红外窗口材料,采用具有热致相变特性的V2O5薄膜作为激光防护涂层,采用Zn S和Yb F3作为高低折射率材... 详细信息

针对目前激光对红外光电传感器的威胁,为满足红外传感器在可见光与3～5μm波段高透射,低于3μm波段高反射的使用要求,采用光学金刚石作为红外窗口材料,采用具有热致相变特性的V2O5薄膜作为激光防护涂层,采用Zn S和Yb F3作为高低折射率材料,依据膜系设计理论设计具有抗激光致盲能力的红外增透膜并采用TFCalc优化膜系。采用离子辅助法制备增透膜,采用磁控溅射法在实验制备增透膜上制备V2O5涂层。采用扫描探针显微镜对光学薄膜的表面三维形貌及粗糙度进行测试分析,对薄膜进行红外光谱测试分析,结果满足使用设计要求。

关键词：激光防护膜系设计红外增透 V2O5 磁控溅射

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制膜技术与装置

中国光学 2001年第6期15卷 52-53页

O484.1 2001064085金刚石近红外增透滤光保护窗口的制备及应用=A diamond near infrared antireflective filter window and its application[刊,中]/应萱同,沈元华,徐新民(复旦大学物理系三束材料改性国家重点实验室.

关键词：金刚石红外增透材料改性制备磁过滤阴极真空弧沉积国家重点实验室复旦大学膜技术滤光铁电薄膜

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表面减反及自清洁多功能性能研究

中国科技投资 2021年第27期 121-124页

作者：罗志轩西北工业大学

ZnS是一种很有前途的长波红外窗口材料,具有良好的力学、热及光综合性能。但由于折射率为2.2%,双面反射损失达到24.7%,不能达到性能要求。此外,当在潮湿或室外环境中使用时,红外窗口的表面将会吸附水滴,引起强的吸收和散射,从而降低窗... 详细信息

ZnS是一种很有前途的长波红外窗口材料,具有良好的力学、热及光综合性能。但由于折射率为2.2%,双面反射损失达到24.7%,不能达到性能要求。此外,当在潮湿或室外环境中使用时,红外窗口的表面将会吸附水滴,引起强的吸收和散射,从而降低窗口的红外透率。因此,研究红外窗口材料的增透及超疏水复合功能表面具有重要的价值。

关键词： ZnS 红外增透表面超疏水