红外窗口用二氧化硅氧化钇增透膜的优化制备与评价-材料加工工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TB303 U.D.C: 530 Dissertation for the Master Degree of Engineering OPTIMUM PREPARATION AND EVALUATION OF SiO2/ Y2O3 ANTIREFLECTIVE FILM FOR INFRARED WINDOW APPLICATION Candidate: Yungang Li Supervisor: Professor. Huayu Zhang Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Material Science and Engineering Affiliation: Shenzhen Graduate School Date of Defence: June , 2010 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 摘 要 蓝宝石晶体具有优良的物理性能和化学性能,是目前中红外窗口较理想的 材料。但是随着红外窗口向高马赫或更高马赫趋势的发展，在高温条件下，蓝 宝石的强度急剧下降，红外透过率也满足不了使用要求。为了提高蓝宝石高温 强度和红外透过率，在蓝宝石表面制备增透保护复合膜系是一条最有效的途 径。SiO2 薄膜具有优良的物理和化学性能，且与蓝宝石附着良好，适合用作提 高蓝宝石高温强度的红外增透保护膜。Y2O3 薄膜折射率比 SiO2 的稍大，可与 低折射率的 SiO2 薄膜结合用作红外增透保护膜系中，但目前国内在这方面的研 究还没有出现。本文主要研究蓝宝石衬底上增透保护膜系的设计，SiO2 和 Y2O3 薄膜的制备工艺及其对薄膜结构、性能的影响规律，以及 SiO2/Y2O3 复合增透 薄膜的总体评价。 利用 Essential Macleod 光学模拟软件在蓝宝石衬底上设计了 SiO2/Y2O3 的 增透保护膜系，并对所设计的膜系进行了结构敏感因子和结构偏差因子分析。 结果表明，蓝宝石衬底镀 SiO2/Y2O3 增透保护膜系，在 3~5μm 波段的平均透过 率大于 99%，完全能够满足红外窗口的设计和使用要求。 采用射频磁控溅射的方法在蓝宝石衬底上制备了 SiO2 和 Y2O3 薄膜，研究 主要的工艺参数对薄膜沉积速率的影响，采用正交实验设计软件对工艺参数进 行分析，并且确定了薄膜最大沉积速率的工艺参数。 对所制备的 SiO2 薄膜和 Y2O3 薄膜进行了 X 射线光电子谱(XPS)、X 射线 衍射(XRD)分析、表面粗糙度分析(AFM)、扫描电子显微镜分析(SEM)、椭偏仪 分析及退火处理。由 XPS 分析结果可知，薄膜中的 Si、O、Y 元素比接近标准 氧化物比例。XRD 结果表明，所制备的 SiO2 薄膜结构为非晶态。Y2O3 薄膜低 温下为非晶体状态，随温度升高开始结晶并在退火温度高于 600℃会发生晶体 结构转变。 对镀膜后的蓝宝石进行红外透过率分析，镀膜后的蓝宝石红外平均透过率 高于未镀膜的透过率。通过微米划痕仪的测试表明，SiO2/Y2O3 复合增透膜系的 膜基结合力进一步增强。 关键词 红外窗口；增透保护；反应磁控溅射；氧化钇；二氧化硅 Abstract Sapphire is an ideal material with excellent physical and chemical properties. However, with the infrared window to the high mach or higher mach, the strength of sapphire decreases dramatically at elevated temperature and the optical transmittance cannot satisfy the demand of application and design. In order to improve the high-temperature strength and transmittance, the best way is to coat the anti-reflective and protective films. Silicon dioxide (SiO2) are promising anti-reflective films with good physical,chemical properties and good adhesion to sapphire. Compared with the re