紅外窗口用硫化鋅表面亞波長結(jié)構(gòu)的制備與保護.pdf

1、硫化鋅（ZnS）等光學(xué)窗口材料是紅外探測與成像技術(shù)的先導(dǎo)。硫化鋅表面抗反射亞波長結(jié)構(gòu)，是指借鑒生物仿生的概念，在ZnS表面制備出尺寸與入射光波長相當或更小的亞波長仿蛾眼精細圖案。與傳統(tǒng)的表面增透薄膜相比，亞波長微結(jié)構(gòu)對高溫等惡劣環(huán)境下紅外探測的寬波段抗反射增透有獨特的優(yōu)勢。本課題首先利用光學(xué)衍射原理，采用Rsoft軟件仿真計算設(shè)計合適的ZnS表面仿生抗反射亞波長結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，在ZnS表面制備Ni納米顆粒陣列掩膜，再以Cl2和Ar氣作

2、為刻蝕氣體，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕（ICP）進行刻蝕從而制備抗反射亞波長結(jié)構(gòu)。最后，采用原子層沉積（ALD）法，在ZnS亞波長結(jié)構(gòu)表面制備高硬度的HfO2保護膜，以期同時提高硫化鋅的光學(xué)和力學(xué)性能。主要采用掃描電子顯微術(shù)和原子力顯微術(shù)表征Ni掩膜及ZnS表面亞波長結(jié)構(gòu)形貌；采用紅外透射光譜和納米硬度儀分析表征其增透及其保護效果。
　　采用Rsoft軟件模擬亞波長結(jié)構(gòu)的周期、占位比和高度對硫化鋅透過率的影響，模擬結(jié)果表明：當亞波長

3、結(jié)構(gòu)的周期小于4μm，高度為2μm，占位比為0.6時，其遠紅外波段（8~12μm）透過率高于98％。模擬結(jié)果與理論計算相對吻合。
　　通過在ZnS表面制備鎳膜退火形成鎳點（Ni）陣來作為掩膜，系統(tǒng)地研究了中間層厚度，鎳膜厚度，退火溫度及保溫時間對鎳點掩膜形成的形貌的影響。實驗結(jié)果表明：鍍制硅膜作為中間層，退火后更容易形成鎳陣點；而鎳點顆粒大小在一定范圍內(nèi)與鎳膜厚度，退火溫度及保溫時間成正比。
　　采用電感耦合等離子體刻蝕（I

4、CP）制備硫化鋅表面亞波長結(jié)構(gòu)，研究RF射頻功率，氣體比例以及工作氣壓對制備亞波長結(jié)構(gòu)高度的影響。發(fā)現(xiàn)亞波長高度隨RF射頻功率和工作氣壓變化規(guī)律都是先增大后減小，而加入BCl3不利于亞波長結(jié)構(gòu)高度的增大，使用最佳刻蝕工藝參數(shù)可以制備出高度較大的亞波長結(jié)構(gòu)。
　　采用原子層沉積（ALD）在亞波長結(jié)構(gòu)表面制備氧化鉿（HfO2）保護膜，對硫化鋅表面HfO2保護膜進行納米硬度測試以及對硫化鋅表面亞波長結(jié)構(gòu)進行紅外透過率測試和潤濕角測試，結(jié)