氧化鉿為過渡層生長藍(lán)寶石紅外窗口增透保護(hù)膜的研究.pdf

1、藍(lán)寶石晶體是中波紅外探測窗口的常見候選材料之一，但其透過率還不能完全滿足未來高精度成像的發(fā)展趨勢，且其表面疏水性能較差，這在一定程度上限制了藍(lán)寶石紅外窗口的應(yīng)用。二氧化硅（SiO2）是藍(lán)寶石中波紅外波段增透保護(hù)膜的優(yōu)選材料，但其與藍(lán)寶石之間熱失配情況比較嚴(yán)重，容易在使用過程中出現(xiàn)膜脫落現(xiàn)象。為克服目前常用的SiO2增透膜容易脫落的現(xiàn)象，本文在藍(lán)寶石紅外窗口表面設(shè)計(jì)并制備以HfO2薄膜為中間層、SiO2薄膜為外層的雙層增透保護(hù)膜系；在此基

2、礎(chǔ)上，首次提出采用全氟十二烷基三氯硅烷（FDTS）對(duì)藍(lán)寶石增透保護(hù)膜表面進(jìn)行疏水改性處理。
　　Filmstar軟件的理論計(jì)算結(jié)果表明，SiO2/HfO2雙層膜可以明顯提高藍(lán)寶石在3~5μm波段的透過率，且SiO2和HfO2薄膜折射率偏差對(duì)膜系透過率影響較大，而厚度偏差幾乎對(duì)透過率無影響。
　　射頻反應(yīng)磁控濺射制備HfO2薄膜的試驗(yàn)說明，隨著射頻功率增加，薄膜沉積速率增加，成分越接近化學(xué)計(jì)量比；當(dāng)功率為150W時(shí)，薄膜結(jié)晶性

3、能及折射率最佳。隨著氧氬比和濺射氣壓的增加，薄膜沉積速率降低，O/Hf原子比越接近標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量比；當(dāng)O2/Ar為20:10、氣壓為5 Pa時(shí)，薄膜折射率最接近理論值。薄膜制備后在氧氣氣氛中的退火試驗(yàn)說明，薄膜成分及結(jié)晶性能在退火后明顯改善，光學(xué)及力學(xué)性能得到提高；當(dāng)退火溫度為800℃時(shí)，薄膜中O/Hf原子比為1.9，薄膜折射率為2.09（632.5 nm），且具有較優(yōu)異的力學(xué)性能（硬度77.5 GPa，彈性模量235.4 GPa）。

4、r>　　藍(lán)寶石表面SiO2/HfO2雙層膜性能的測試結(jié)果表明，隨HfO2中間層厚度的增加，膜基結(jié)合力先增加后減小，當(dāng)HfO2中間層厚度為650 nm時(shí)，相比于SiO2單層膜，雙層膜的薄膜附著力提高了70％。藍(lán)寶石雙面鍍SiO2/HfO2雙層膜后，在3~5μm波段平均透過率高達(dá)95.2%，且高溫下透過率也得到了明顯的改善。HfO2中間層的引入，使雙層膜的抗激光損傷閾值提高到20.1J/cm2。
　　對(duì)鍍膜藍(lán)寶石表面涂覆全氟十二烷基三