低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金膜的製作方法

2023-06-21 07:41:51 2

專利名稱：低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金膜的製作方法
技術領域：
本發明是低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金(GexC1-x)膜，屬於真空鍍膜技術領域，適用於對硫化鋅、硒化鋅、鍺等紅外窗口材料做增透保護膜。
背景技術：
中長波紅外用的光學窗口材料，諸如ZnS、ZnSe和Ge，其機械強度低、脆性大，難以抵禦各種損傷，而且由於這些材料的折射率較高，需要鍍增透膜才能使用，而普通的中長波紅外薄膜材料硬度較低，難以承受惡劣的環境。GexC1-x是一種硬度適當，抗雨蝕性較好的紅外用光學塗層。GexC1-x的折射率、吸收係數、內應力、硬度等性能指標，依組分x的不同可在較寬的範圍內變化，適於多層膜系設計。
製備碳鍺合金(GexC1-x)膜的主要方法有1)反應濺射法。用Ar和碳氫化合物混合氣體，濺射Ge靶或Ge、C混合靶，這種方法適合於高Ge/C比率的GexC1-x塗層。缺點是Ge靶上易生長非晶碳膜從而抑制Ge的濺射。
2)等離子體化學氣相沉積法。用鍺烷和碳氫化合物混合氣體產生輝光放電，在陰極上得到無定形GexC1-x，其成份由鍺烷與碳氫化合物的比率來控制。缺點是鍺烷價格昂貴，危險性大，而且用此方法製得的GexC1-x膜有較大的光吸收。

發明內容
本發明的目的是為了克服上述方法的缺點，提供低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金(GexC1-x)膜，本發明的基本原理本發明的技術方案選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置於真空室的上方；蒸發材料為高純鍺，蒸發方式為電子束蒸發；將氬氣作為工作氣體引入離子源，氣體在離子源內電離形成等離子體，在離子源和電子槍的懸浮坩堝之間產生弧光放電，將等離子體從離子源內拉出；以含碳氣體作為反應氣體通入真空室，在氬等離子體的作用下，含碳氣體被充分電離，分解出大量的正碳離子；以高純鍺作為蒸發材料，蒸發出的鍺原子與帶有較高能量的正碳離子發生反應，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜。通過調節氣體流量(甲烷為2～30sccm，氬氣為5～50sccm)和鍺的蒸發速率(0.1～1.0nm/s)，可以得到組分x不同的GexC1-x膜。
本發明的有益效果所採用的低壓反應離子鍍方法既不需要使用鍺烷這樣價格昂貴而又危險的氣體，又可以解決濺射方法中的「靶中毒」現象，適於厚膜的鍍制，並且可以得到折射率可調節範圍較寬的GexC1-x膜。同時由於此方法的工作氣壓在10-2Pa，比濺射和化學氣相沉積方法的工作氣壓低2～5個數量級，因此，用此方法製得的GexC1-x膜有更小的粗糙度；膜層比較厚；均勻牢固。
具體實施例方式實施例1選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置於真空室的上方，蒸發材料為高純鍺，蒸發方式為電子束蒸發，離子源為DDY-120/60等離子源。當真空度抽至1.0×10-3Pa時，向離子源中通入氬氣，流量為30sccm，調節離子源的聚焦電流、弧源電壓、燈絲電流等使氬氣電離並與電子槍坩堝之間產生弧光放電，調節離子源工作參數使等離子電流值最大。在電子槍坩堝附近通入甲烷，流量為10sccm，充氣後真空度為7.0×10-2Pa。控制鍺的蒸發速率為0.1nm/s。蒸發出的鍺原子在正離子和電子的撞擊下被電離，其中一部分與碳離子發生反應，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜。
實施例2選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置於真空室的上方，蒸發材料為高純鍺，蒸發方式為電子束蒸發，離子源為DDY-120/60等離子源。當真空度抽至1.0×10-3Pa時，向離子源中通入氬氣，流量為45sccm，調節離子源的聚焦電流、弧源電壓、燈絲電流等使氬氣電離並與電子槍坩堝之間產生弧光放電，調節離子源工作參數使等離子電流值最大。在電子槍坩堝附近通入甲烷，流量為20sccm，充氣後真空度為8.3×10-2Pa。控制鍺的蒸發速率為0.3nm/s。蒸發出的鍺原子在正離子和電子的撞擊下被電離，其中一部分與碳離子發生反應，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜。
權利要求
1.低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金(GexC1-x)膜，將工件置真空室上方，蒸發方式為電子束蒸發，其特徵在於a、選擇雙面拋光的鍺片作為基底；b、將氬氣作為工作氣體引入離子源，氣體在離子源內電離形成等離子體；c、在離子源和電子槍的懸浮坩堝之間產生弧光放電，將等離子體從離子源內拉出；d、以含碳氣體作為反應氣體通入真空室，在氬等離子體的所用下，含碳氣體被充分電離，分解出大量的正碳離子；e、以高純鍺作為蒸發材料，蒸發出的鍺原子與帶有較高能量的正碳離子發生反應，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜；f、通過調節氣體流量和鍺的蒸發速率，可以得到組分x不同的GexC1-x膜。
2.按照權利要求1所述的低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金(GexC1-x)膜，其特徵在於氣體流量甲烷的調節範圍為2～30sccm，氬氣的調節範圍為5～50sccm，鍺的蒸發速率為0.1～1.0nm/s。
全文摘要
本發明是低壓反應離子鍍方法製備碳鍺合金(Ge
文檔編號C23C14/06GK1554800SQ20031011596
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月19日 優先權日2003年12月19日
發明者王笑夷, 高勁松 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所, 中國科學院長春光學精密機械與物理研