CN108227048B - 硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜，在双面抛光的硅晶片基底的两面分别沉积正面膜系和背面膜系，所述正面膜系的膜系结构为：基底/1.0814M/0.4048H/1.3307L/0.235M/0.608L/Air；所述背面膜系的膜系结构为：基底/1.3626M/0.5101H/1.6767L/0.24M/0.7661L/Air；其中H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，M表示一个λ0/4光学厚度的ZnS膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的YF3膜层，λ0为中心波长，H、M和L前的数字为膜层的厚度比例系数。本发明提出了硅基底的一种具有低发射率的红外增透膜，增透区域光谱范围为广（3.5‑15μm范围内均有明显增透效果），且在4.5‑8.5μm范围内平均透过率≥97.6%，同时在工作波段内具有较低的发射率。

Description

硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种以硅晶片为基底的对中红外波段范围具有增透作用且具有较低发射率的红外增透膜。
背景技术
随着红外技术的发展，红外在大气探测、航空航天以及诸多民用等领域有着举足轻重的作用。在红外光学***中，红外光能量的透过率决定了该***性能的好坏。光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量，而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器性能。为了解决这些问题，通过在红外光学元件表面镀制一层或多层膜，从而减少红外元件表面的的反射光，这样的膜叫红外增透膜或（减反膜）。
在红外光学***的应用中，诸如辐射测温、红外光谱仪等较弱辐射的红外检测中除了对红外能量的高透过率要求外还要求具有较低的发射率，特别是对于一些低信号电平和信噪比的红外探测中，红外增透膜的低发射率更是十分必要。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种以硅晶片为基底的对中红外波段范围具有增透作用且具有较低发射率的红外增透膜，其对3.5-15μm中红外波段范围都具有明显增透作用，尤其是在4.5-8.5μm中红外波段范围更是具有平稳而又高效的增透作用，最高透过率≥98%，平均透过率≥97.6%，且具有较低的发射率（镀膜后平均发射率增加≤0.02），在提高辐射测温等较弱辐射的红外检测的性能中有着很好的作用。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜，其特征在于：在双面抛光的硅晶片基底的两面分别沉积正面膜系和背面膜系，
所述正面膜系的膜系结构为：
基底/1.0814M/0.4048H/1.3307L/0.235M/0.608L/Air；
所述背面膜系的膜系结构为：
基底/1.3626M/0.5101H/1.6767L/0.24M/0.7661L/Air；
其中H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，M表示一个λ0/4光学厚度的ZnS膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的YF3膜层，λ0为中心波长，H、M和L前的数字为膜层的厚度比例系数。
本发明的优点在于：提出了硅基底的一种具有低发射率的红外增透膜，增透区域光谱范围为广（3.5-15μm范围内均有明显增透效果），且在4.5-8.5μm范围内平均透过率≥97.6%，同时在工作波段内具有较低的发射率。
附图说明
图1为硅基底的一种低发射率红外增透膜正面膜系及背面膜系的剖面结构示意图；
图2为裸基片（硅晶片）的透过率曲线；
图3为硅基底的一种低发射率红外增透膜的光谱透过率曲线；
图4为裸基片（硅晶片）在温度分别为473K、523K、573K时的发射率曲线；
图5为硅基底的一种低发射率红外增透膜在温度分别为473K、523K、573K时的发射率曲线。
图中：1-正面膜系，2-硅晶片基底，3-背面膜系。
具体实施方式
结合附图详细描述本发明的技术方案，本发明的增透膜光谱增透范围为很广（在3.5-15μm范围内均有明显增透效果），同时在4.5-8.5μm范围内更是具有高效且相对比较平稳的透射率，最高透射率≥98%，平均透过率≥97.6%。
设计之初，首先考虑选用在所需光谱范围内合适的光学薄膜材料，最终以Ge为高折射率材料，ZnS为中折射率材料，YF3为低折射率材料。ZnS材料采用电阻加热蒸发，蒸发速率为2.3Å/S；Ge和YF3材料采用电子束蒸发，蒸发速率分别为2.0Å/S和1.5Å/S。
本发明增透膜系为多层膜非规整膜系结构。膜系沉积过程中采用石英晶体监控，控制膜层厚度沉积误差，从而得到更加接近设计的结果。本发明是在双面抛光的硅晶片基底2的两面分别沉积正面膜系1和背面膜系3，选取中心波长λ0为2000nm，膜系结构通过膜系设计软件优化，得到正面膜系1的膜系结构为：
基底/1.0814M/0.4048H/1.3307L/0.235M/0.608L/Air；
背面膜系3的膜系结构为：
基底/1.3626M/0.5101H/1.6767L/0.24M/0.7661L/Air
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，M表示一个λ0/4光学厚度的ZnS膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的YF3膜层，λ0为中心波长，H、M和L前的数字为膜层的厚度比例系数。
通过比较图2与图3可以看出在整个3.5-15μm光谱范围内均有明显增透效果，同时在4.5-8.5μm范围内更是具有高效且相对比较平稳的透射率，最高透射率≥98%，平均透过率≥97.6%，在红外增透方面具有很好的性能。从图4和图5中可以看出样品的发射率会随着温度的升高而增大，但是通过比较图4和图5可以看出镀膜后的样品（以硅基底的一种低发射率红外增透膜）与镀膜前的样品（裸基片）相比发射率增加不大（≤0.02），所以可以说本增透膜具有较低的发射率。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (1)

1.硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜，其特征在于：在双面抛光的硅晶片基底的两面分别沉积正面膜系和背面膜系，
所述正面膜系的膜系结构为：
基底/1.0814M/0.4048H/1.3307L/0.235M/0.608L/Air；
所述背面膜系的膜系结构为：
基底/1.3626M/0.5101H/1.6767L/0.24M/0.7661L/Air；
其中H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，M表示一个λ0/4光学厚度的ZnS膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的YF3膜层，λ0为中心波长，H、M和L前的数字为膜层的厚度比例系数；
以硅晶片为基底的红外增透膜对中红外波段范围具有增透作用且具有较低发射率，其对3.5-15μm中红外波段范围都具有明显增透作用，尤其是在4.5-8.5μm中红外波段范围更是具有平稳而又高效的增透作用，最高透过率≥98%，平均透过率≥97.6%，且在工作波段内具有较低的发射率，镀膜后的平均发射率增加≤0.02，在提高辐射测温较弱辐射的红外检测性能中有着很好的作用。
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