專利名稱：離子/等離子體輔助蒸發(fā)方法制備碳鍺合金膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是離子/等離子體輔助蒸發(fā)方法制備碳鍺合金(GexC1-x)膜，屬于真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，適用于對(duì)硫化鋅、硒化鋅、鍺等紅外窗口材料做增透保護(hù)膜。
背景技術(shù)：
中長(zhǎng)波紅外用的光學(xué)窗口材料，諸如ZnS、ZnSe和Ge，其機(jī)械強(qiáng)度低、脆性大，難以抵御各種損傷，而且由于這些材料的折射率較高，需要鍍?cè)鐾改げ拍苁褂茫胀ǖ闹虚L(zhǎng)波紅外薄膜材料硬度較低，難以承受惡劣的環(huán)境。GexC1-x是一種硬度適當(dāng)，抗雨蝕性較好的紅外用光學(xué)涂層。GexC1-x的折射率、吸收系數(shù)、內(nèi)應(yīng)力、硬度等性能指標(biāo)，依組分x的不同可在較寬的范圍內(nèi)變化，適于多層膜系設(shè)計(jì)。
制備碳鍺合金(GexC1-x)膜的主要方法有1)反應(yīng)濺射法。用Ar和碳?xì)浠衔锘旌蠚怏w，濺射Ge靶或Ge、C混合靶，這種方法適合于高Ge/C比率的GexC1-x涂層。缺點(diǎn)是Ge靶上易生長(zhǎng)非晶碳膜從而抑制Ge的濺射。
2)等離子體化學(xué)氣相沉積法。用鍺烷和碳?xì)浠衔锘旌蠚怏w產(chǎn)生輝光放電，在陰極上得到無(wú)定形GexC1-x，其成份由鍺烷與碳?xì)浠衔锏谋嚷蕘?lái)控制。缺點(diǎn)是鍺烷價(jià)格昂貴，危險(xiǎn)性大，而且用此方法制得的GexC1-x膜有較大的光吸收。
至今尚未見(jiàn)到將離子/等離子體輔助蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用于鍍制碳鍺合金(GexC1-x)膜的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述兩種鍍膜方法存在的缺點(diǎn)，提供一種離子/等離子體輔助蒸發(fā)方法制備碳鍺合金膜，本發(fā)明的技術(shù)方案選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置于真空室的上方，蒸發(fā)材料為高純鍺，蒸發(fā)方式為電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)，將含碳?xì)怏w或含碳?xì)怏w與氬氣的混合氣引入離子/等離子體源，離子/等離子源在10-2Pa的低壓下工作，使含碳?xì)怏w充分電離，分解出大量正碳離子，在電磁場(chǎng)作用下加速并充入真空室內(nèi)；以高純鍺作為蒸發(fā)材料，蒸發(fā)出的鍺原子與帶有較高能量的正碳離子發(fā)生反應(yīng)，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜；通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量(甲烷為2～30sccm，氬氣為0～30sccm)和鍺的蒸發(fā)速率(0.1～1.0nm/s)，可以得到組分x不同的GexC1-x膜。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明既不需要使用鍺烷這樣價(jià)格昂貴而又危險(xiǎn)的氣體，又可以解決濺射方法中的“靶中毒”現(xiàn)象，適于厚膜的鍍制，并且可以得到折射率可調(diào)節(jié)范圍較寬的GexC1-x膜。同時(shí)由于此方法的工作氣壓在10-2Pa，比濺射和化學(xué)氣相沉積方法的工作氣壓低2～5個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，用此方法制得的GexC1-x膜有更小的粗糙度，膜層均勻、牢固、使用范圍廣；碳鍺膜GexC1-x的折射率、吸收系數(shù)、內(nèi)應(yīng)力、硬度等性能指標(biāo)，依組分x的不同可在較寬的范圍內(nèi)變化，適于多層膜系設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置于真空室的上方，蒸發(fā)材料為高純鍺，蒸發(fā)方式為電子束蒸發(fā)，等離子體源為Hall源。當(dāng)真空度抽至1.0×10-3Pa時(shí)，向Hall源中通入甲烷和氬氣的混合氣，甲烷流量為5sccm，氬氣流量為15sccm，充氣后真空度為1.8×10-2Pa。調(diào)節(jié)Hall源的陰極和陽(yáng)極電壓使氣體產(chǎn)生放電，并控制Hall源陽(yáng)極電壓為180V，陽(yáng)極電流為3A，此時(shí)整個(gè)真空室內(nèi)均處于等離子體狀態(tài)?？刂奇N的蒸發(fā)速率為0.1nm/s。蒸發(fā)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(fā)生反應(yīng)，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜。
實(shí)施例2選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置于真空室的上方，蒸發(fā)材料為高純鍺，蒸發(fā)方式為電子束蒸發(fā)，離子源為考夫曼源。當(dāng)真空度抽至1.0×10-3Pa時(shí)，向考夫曼源中通入氬氣，流量為10sccm，向真空室充入甲烷，甲烷流量為5sccm，充氣后真空度為1.8×10-2Pa?？挤蚵醇铀匐妷?50V，放電電流300mA，控制鍺的蒸發(fā)速率為0.1nm/s。蒸發(fā)出的鍺原子以及甲烷分子在氬離子的撞擊下被電離，其中一部分發(fā)生反應(yīng)，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜。
實(shí)施例3選擇雙面拋光的鍺片作為基底，置于真空室的上方，蒸發(fā)材料為高純鍺，蒸發(fā)方式為熱蒸發(fā)，等離子體源為Hall源。當(dāng)真空度抽至1.0×10-3Pa時(shí)，向Hall源中通入甲烷和氬氣的混合氣，甲烷流量為15sccm，氬氣流量為25sccm，充氣后真空度為2.9×10-2Pa。調(diào)節(jié)Hall源的陰極和陽(yáng)極電壓使氣體產(chǎn)生放電，并控制Hall源陽(yáng)極電壓為180V，陽(yáng)極電流為3A，此時(shí)整個(gè)真空室內(nèi)均處于等離子體狀態(tài)?？刂奇N的蒸發(fā)速率為0.5nm/s。蒸發(fā)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(fā)生反應(yīng)，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜。
權(quán)利要求
1.離子/等離子體輔助蒸發(fā)方法制備碳鍺合金膜，將工件放置在真空室內(nèi)工件架上，向真空室內(nèi)通入氣體，蒸發(fā)方式為電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)，其特征在于選擇雙面拋光的鍺片作為基底；將含碳?xì)怏w或含碳?xì)怏w與氬氣的混合氣引入離子/等離子體源，離子/等離子源在10-2Pa的低壓下工作，使含碳?xì)怏w充分電離，分解出大量正碳離子，在電磁場(chǎng)作用下加速并充入真空室內(nèi)；以高純鍺作為蒸發(fā)材料，蒸發(fā)出的鍺原子與帶有較高能量的正碳離子發(fā)生反應(yīng)，在基底上沉積碳鍺合金(GexC1-x)膜；通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量和鍺的蒸發(fā)速率，可以得到組分x不同的GexC1-x膜。
2.按照權(quán)利要求1所述的離子/等離子體輔助蒸發(fā)方法制備碳鍺合金膜，其特征在于氣體流量甲烷在2～30sccm范圍內(nèi)可調(diào)；氬氣在0～30sccm范圍內(nèi)可調(diào)；鍺的蒸發(fā)速率在0.1～1.0nm/s范圍內(nèi)變化。
全文摘要
本發(fā)明是用離子/等離子體輔助蒸發(fā)方法制備碳鍺合金(Ge
文檔編號(hào)C23C14/06GK1554801SQ20031011596
公開日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者高勁松, 王笑夷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研