【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学元件领域，具体涉及一种紫外、可见、近红外的硬质减反射膜。
技术介绍
1、薄膜的硬度是一个重要的物理性质，它来自于原子间力的相互作用。膜层的硬度和抗刮擦、磨损、耐久性等宏观表现直接相关。提高光学薄膜的硬度有助于提高光学薄膜的抗刮、耐磨性能，大大提高光学薄膜元件的使用寿命。
2、在可见光波段，可供选择的硬质薄膜材料相对较多。例如，溅射方法制备si3n4薄膜可见区低吸收且具有高的折射率2.05，同时硬度高达22gpa，非常坚硬、耐用、耐腐蚀。近年来，通过反应溅射si3n4/sio2堆叠制备的可见光波段硬质减反射薄膜得到广泛的关注，在消费电子领域得到大规模的应用。
3、当拓展至紫外波段，常用的光学薄膜材料包括laf3、mgf2、alf3等氟化物和al2o3、sc2o3、hfo2、sio2等氧化物。然而，这些氟化物和氧化物的硬度远低于氮化物，紫外光学薄膜在使用、包装、擦拭和清洗环节过程中的划痕问题需要被格外关注。
4、氮化物薄膜的硬度几乎是氧化物的两倍，可以满足日程使用过程中的擦拭和磨损，显著提高光学薄膜元件的使用寿命。然而，以往的可见区的硬质薄膜材料在紫外波段不再适用。例如si3n4、aln、ta-c等硬质薄膜在紫外波段不透明，低于400nm波长以下具有显著的吸收。尽管已经有文献表明，掺氢的氮化硅紫外吸收降低，然而实际应用在光学镀膜领域仍然存在阻碍。以lpcvd(低压化学气相沉积)和pecvd(等离子体增强化学气相沉积)沉积方法为例，这两种方法无法实现氢含量的精确控制，氢气往往以副产
5、例如文献“journal of applied physics(if 2.7)pub date:1991-08-01,doi:10.1063/1.349544，low hydrogen content stoichiometric silicon nitride filmsdeposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition”公开的pecvd(等离子体增强化学气相沉积)方法可以在较低温度下沉积si3n4薄膜，然而，pecvd工艺制备的si3n4薄膜中含有较高比例的氢(20-35％)。大量的氢原子不仅会降低薄膜的硬度和稳定性，还会在高温条件下从薄膜中逸出，导致薄膜的结构变化和光学性能下降。因此，因此低氢含量sinx:h薄膜的制备是研究的重点。这种pecvd方法在精确控制氢含量、同时保持高精度膜层控制等方面存在显著挑战，同样不应用于精密光学镀膜领域。
6、综上所述，尽管si3n4薄膜在可见光和近红外波段表现出良好的机械强度和抗损性能，但其在紫外波段的高吸收限制了其在广谱光学系统中的应用，尤其是在紫外光刻、紫外光电探测器等领域中，si3n4薄膜无法提供足够的透过率。此外，紫外、可见、近红外波段对硬质减反射薄膜的需求提出了更高的要求，现有技术无法在紫外到近红外的广谱范围内同时满足高硬度、低吸收和高透过率的性能要求。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，该硬质减反射膜在紫外、可见、近红外波段具有较高透过率和机械性能。
2、本专利技术提供了一种紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，包括在光学基底上交替排列的掺氢氮化硅薄膜和低折射率膜层；
3、其中，所述掺氢氮化硅薄膜的厚度在所述硬质减反射膜厚度的占比大于70％；
4、所述硬质减反射膜的总厚度为500-2500nm；
5、通过以下方法制备所述掺氢氮化硅薄膜，包括：
6、通过氩气溅射硅靶材；
7、然后通过射频等离子体源辅助反应气体，使得基底上形成掺氢氮化硅薄膜，所述反应气体为h2和n2，h2的流量为5-100sccm。
8、本专利技术提出的氢化氮化硅(sinx:h)薄膜具有高硬度和紫外低吸收优势，利用在后反应溅射过程中掺氢气的方法，通过调节氢气、氮气和氩气的比例，实现对薄膜折射率、消光系数、残余应力和硬度的精准控制。该方法，突破了氮化硅薄膜(sinx)固有的紫外吸收限制，透明窗口拓展至紫外波段250-400nm。
9、优选地，所述h2的流量为40-80sccm。通过控制氢气流量，使得所述氢化氮化硅(sinx:h)薄膜具有良好的紫外低吸收，以及维持的高硬度属性。
10、优选地，所述氩气的流量为50-150sccm。
11、进一步优选地，所述氢气和氮气的流量比为0.2-1。
12、本专利技术通过控制反应氮气和氢气的流量比，既能保证足够的氢气掺杂以保证sinx:h薄膜的透过性，又能避免过量的氢气掺入降低薄膜的硬度，克服了cvd沉积si3n4薄膜中氢气会对膜层机械稳定性产生不利影响，导致膜层致密性下降，并表现出降低的硬度的问题。
13、本专利技术提供的掺氢氮化硅薄膜的硬度为18-26gpa，弹性模量为170-230gpa；在300nm波段，掺氢氮化硅薄膜的消光系数<0.002。进一步优选的，折射率区间范围为：1.75-2.05@550nm。
14、优选地，所述掺氢氮化硅薄膜为折射率为≥1.7的膜层，所述低折射率膜层为折射率为≤1.6的膜层。
15、优选地，所述掺氢氮化硅薄膜的厚度在所述硬质减反射膜厚度的占比为80-95％。本专利技术通过提高高硬度的高折射率膜层材料掺氢氮化硅薄膜在总厚度的占比，极大提高了薄膜的硬度和耐磨抗刮性能。
16、优选地，所述硬质减反射膜的总厚度为1000-2000nm。
17、进一步优选地，所述硬质减反射膜的硬度>15gpa。
18、进一步优选地，在300-1100nm波段下，所述硬质减反射膜的rave<2％+tave>97％。
19、进一步优选地，在300-400nm波段下，所述硬质减反射膜的rave<0.5％+tave>99％。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
21、(1)采用本专利技术方法制备的氢化氮化硅(sinx:h)膜层硬度高，且紫外波段(250-400nm)的消光系数显著降低。相比传统氮化硅薄膜(透过率仅为65.5％)，本专利技术制备的氢化氮化硅(sinx:h)薄膜，在270nm波长处薄膜的透过率可提高至90％以上，大大减少了光学系统中的吸收损耗。
22、(2)利用本专利技术具体实施例提供的方法制得的低氢掺杂氮化物薄膜中氢气组分的含量可以通过制备过程中的工艺调控精确控制，而现有技术公开的化学气相沉积方式是很难实现氢含量的精确控制。
23、(3)本专利技术的紫外、可见、近红外硬质减反射膜在300-1100nm波段的平均透过率高于98％；最大硬度可以达到15gpa以上。该方法制备的紫外硬质减反射膜在300-400nm波段的平均透过率高于99％；最大硬度可以达到15gpa以上，甚至高达18gpa以上，具有非常优异的光谱性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，包括在光学基底上交替排列的掺氢氮化硅薄膜和低折射率膜层；
2.根据权利要求1所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述H2的流量为40-80sccm。
3.根据权利要求1所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述氩气的流量为50-150sccm。
4.根据权利要求3所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述氩气的流量为50-100sccm。
5.根据权利要求1或4所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，氢气和氮气的流量比为0.2-1。
6.根据权利要求5所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述掺氢氮化硅薄膜的硬度为18-26GPa，弹性模量为170-230Gpa；在300nm波段，掺氢氮化硅薄膜的消光系数<0.002。
7.根据权利要求1所述的硬质减反射膜，其特征在于，所述硬质减反射膜的总厚度为1000-2000nm。
8.根据权利要求7所述的硬质减反射膜，其特征在于，
9.根据权利要求7所述的硬质减反射膜，其特征在于，在300-1100nm波段下，所述硬质减反射膜的Rave<2％+Tave>97％。
10.根据权利要求9所述的硬质减反射膜，其特征在于，在300-400nm波段下，所述硬质减反射膜的Rave<0.5％+Tave>99％。
...【技术特征摘要】
1.一种紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，包括在光学基底上交替排列的掺氢氮化硅薄膜和低折射率膜层；
2.根据权利要求1所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述h2的流量为40-80sccm。
3.根据权利要求1所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述氩气的流量为50-150sccm。
4.根据权利要求3所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，所述氩气的流量为50-100sccm。
5.根据权利要求1或4所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，氢气和氮气的流量比为0.2-1。
6.根据权利要求5所述的紫外、可见、近红外的硬质减反射膜，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈伟东，王雨思，郑婷婷，杨陈楹，袁凯欣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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