一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于宽带吸收薄膜技术领域，具体涉及一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜及其制备方法，该宽带吸收薄膜包括作为内层的反射层、作为中间层的间隔介质层和作为外层的损耗层，所述反射层为W膜，所述间隔介质层为Al2O3膜；所述损耗层是含有非晶C、非晶CN岩盐结构的Ti

【技术实现步骤摘要】
一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于宽带吸收薄膜
，具体涉及一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]宽带吸收薄膜在光伏电池、光电检测、光学滤光片、隐形技术、热光源辐射等领域具有广泛的应用。其吸收带宽是影响其系统性能的关键因素。目前能够实现宽带吸收薄膜的技术途径主要有三种：微结构薄膜、高吸收黑膜和金属/介质组合薄膜。其中，微结构薄膜虽然可以实现宽带的吸收，但其需要精准的刻蚀技术，制备工艺比较复杂，制备成本高，不利于大面积产业化生产；且对于大尺寸的光学元件，微结构薄膜难以实际制备。高吸收黑膜，其制备效果容易受到制备工艺参数的影响，且目前已知的高吸收黑膜的工作带宽主要集中在可见光波段，严重限制了吸收元件的应用领域。金属/介质组合薄膜，克服了上述两类薄膜的缺点，具有成熟的制备工艺、低廉的制备成本和超宽带吸收的潜力。
[0003]现有技术中的宽带吸收薄膜存在耐磨性较差的问题，其表面损耗层主要使用高消光系数金属材料如W、Ti、Au等，但这类金属材料硬度值小于5GPa，本身并不耐磨和耐刮擦。为了增加耐磨性并降低表面反射，研究者通常在顶层金属表面镀制非晶态Al2O3、SiO2等低折射率氧化物，然而，由于这些非晶氧化物的硬度仅为8
‑
12GPa，所获吸收膜的耐磨性能的改善仍旧十分有限。
[0004]有鉴于此，有必要提供一种新的超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，该薄膜同时具备宽带高吸收性能和高耐磨损性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜及其制备方法。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，包括：
[0008]作为内层的反射层，所述反射层为W膜；
[0009]作为中间层的间隔介质层，所述间隔介质层为Al2O3膜；
[0010]作为外层的损耗层，所述损耗层是含有非晶C、非晶CN岩盐结构的Ti
x
N
y
C
z
薄膜，其中x＝0.15
‑
0.20，y＝0.20
‑
0.30，x+y+z＝1。
[0011]进一步地，上述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜中，所述反射层的厚度为120
‑
300nm。
[0012]进一步地，上述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜中，所述间隔介质层的厚度为40
‑
46nm。
[0013]进一步地，上述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜中，所述损耗层的厚度为12
‑
16nm。
[0014]本专利技术还提供上述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0015]1)以高纯钨作为靶源，氩气作为放电气体，控制钨靶的溅射功率，采用半导体材料作为衬底，以设定的溅射条件在衬底上沉积W膜；
[0016]2)停止钨靶溅射，以高纯氧化铝作为靶源，氩气作为放电气体，控制氧化铝靶的溅射功率，以设定的溅射条件在沉积有W膜的衬底上继续沉积Al2O3膜；
[0017]3)停止氧化铝靶溅射，以高纯碳化钛为靶源，抽真空后通入氮气和氩气，控制碳化钛的溅射功率，以设定的溅射条件在沉积有W膜、Al2O3膜的衬底上继续沉积Ti
x
N
y
Cz薄膜，即可在衬底上得到超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜。
[0018]进一步地，如上所述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，步骤1)和步骤2)中的溅射条件为：本底真空度为4
×
10
‑4Pa，工作压强为1.00Pa，靶基距为70mm，衬底温度25℃，氩气流量为50.0sccm；
[0019]步骤3)中的溅射条件为：本底真空度为4
×
10
‑
4Pa，工作压强为1.00Pa，靶基距为70mm，衬底温度25℃，氮气和氩气的混合气体总流量为90sccm，且其中氮气流量为1.5
‑
88sccm。
[0020]进一步地，如上所述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，步骤1)和步骤2)中，当真空室达到本底真空度后，靶材在氩气流量为50.0sccm的条件下预溅射8
‑
12min，去除靶材表面的氧化层以及吸附的杂质。
[0021]进一步地，如上所述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，步骤1)中，控制钨靶的直流溅射功率为140W，沉积时间为20
‑
30min。
[0022]进一步地，如上所述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，步骤2)中，控制氧化铝靶的射频溅射功率为140W，沉积时间为28
‑
32min。
[0023]进一步地，如上所述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，步骤3)中，控制碳化钛靶的射频溅射功率为140W，沉积时间为140
‑
192s。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术通过实验制备、光学仿真和理论计算相结合的方式，揭示了宽带吸收和高耐磨性质集成的微观机理，并设计出了一种同时具备宽带吸收性质和高耐磨性的超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，这从根本上解决了传统吸收涂层磨损性能不理想的瓶颈问题，为发展下一代高稳定性的光通讯分光器件开辟了道路。
[0026]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例1的XPS谱图；
[0029]图2为本专利技术实施例1的X射线衍射图；
[0030]图3为本专利技术实施例1的摩擦系数测试图；
[0031]图4为本专利技术实施例1的吸收谱图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，包括：
[0034]作为内层的反射层R，所述反射层为W膜，所述反射层的厚度为120
‑
300nm；
[0035]作为中间层的间隔介质层D，所述间隔介质层为Al2O3膜，所述间隔介质层的厚度为40
‑
46nm；
[0036]作为外层的损耗层L，所述损耗层是含有非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，其特征在于包括：作为内层的反射层，所述反射层为W膜；作为中间层的间隔介质层，所述间隔介质层为Al2O3膜；作为外层的损耗层，所述损耗层是含有非晶C、非晶CN岩盐结构的Ti
x
N
y
C
z
薄膜，其中x＝0.15
‑
0.20，y＝0.20
‑
0.30，x+y+z＝1。2.根据权利要求1所述的超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，其特征在于：所述反射层的厚度为120
‑
300nm。3.根据权利要求1所述的超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，其特征在于：所述间隔介质层的厚度为40
‑
46nm。4.根据权利要求1所述的超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜，其特征在于：所述损耗层的厚度为12
‑
16nm。5.如权利要求1
‑
4任一项所述超耐磨多层组合式宽带吸收薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以高纯钨作为靶源，氩气作为放电气体，控制钨靶的溅射功率，采用半导体材料作为衬底，以设定的溅射条件在衬底上沉积W膜；2)停止钨靶溅射，以高纯氧化铝作为靶源，氩气作为放电气体，控制氧化铝靶的溅射功率，以设定的溅射条件在沉积有W膜的衬底上继续沉积Al2O3膜；3)停止氧化铝靶溅射，以高纯碳化钛为靶源，抽真空后通入氮气和氩气，控制碳化钛的溅射功率，以设定的溅射条件在沉积有W膜、Al2O3膜的衬底上继续沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾志清，丁泉茗，王达年，张雨阳，胡超权，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：