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10.6μm红外膜系制备工艺研究

来源：世旅网

2002年11月第33卷第6期

ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisNeiMongol

内蒙古大学学报(自然科学版)

2002Nov.

.33No.6Vol

　　文章编号:1000-1638(2002)0620648204

10.6Λm红外膜系制备工艺研究

丁铁柱,刘　强

(内蒙古大学物理学系,内蒙古呼和浩特010021)

摘要:采用真空镀膜法,在半导体晶片GaAs衬底上制备红外增透和增反光学薄膜,研究了Si

滤光片对镀膜工艺的影响以及10.6Λ.结果表明,m增透膜系和10.6Λm增反膜系的透射特性

Si滤光片可以有效地消除单色仪二级以上光谱对镀膜工艺的影响,是一种理想的红外监控光

的滤光片.监控光波长的修正值△Κ约为原波长的2.5%～3%时,是制备该红外光学薄膜的较佳的条件.

关键词:镀膜工艺;Si滤光片;红外膜中图分类号:O484.41　　文献标识码:A

引　言

　　红外探测和成像技术广泛应用于物体的3～5Λ～14Λm和8m红外辐射,为了提高检测灵敏度,

作为主要工作部件的镜头和窗口材料,对其透射性能和稳定性能的要求也越来越高,因而红外光学薄膜的性能和制备工艺得到了许多人的重视〔1～4〕.

滤光片的主要功能是在一定波段实现光谱分割,使光束分成若干通道,从而在多彩的光谱中获得所需的波段.镀制红外光学膜片一般采用红外光作为监控光线,所以对进入单色仪的光线进行滤光是实现精确监控的必要条件.目前,普遍选用石英作为滤光片,但石英晶片与衬底GaAs半导体材料透光特性存在较大差别,很难达到理想的滤光.Si滤光片透光特性与常用衬底GaAs半导体材料透光特性相近,将其镀膜后是一种理想的滤光材料.但是,要制备理想的性能优异的红外薄膜,制备工艺还需要进一步探讨.

α本实验在半导体GaAs衬底上制备BaF2、=2.12×10-6m和Κ=1.48×SnSe薄膜,采用波长为Κ10-6m红外光作为监控光,获得工作波长为10.6Λm的理想增透膜((透过率为70%)和增反(透过率18%)膜,研究了Si滤光片对制备增透膜和增反膜透光性能的影响及Si滤光片对两种波长(Κ=2.12×10-6m和Κ=1.48×10-6m)的监控光线的影响,通过分析实验结果与理论值的差别来修正监控光线,进而给出一制备红外光学薄膜的理想的工艺.

1　实　验

　　本实验采用真空镀膜的方法,在折射率n=3.75的GaAs衬底上交替镀制BaF2、SnSe多层薄膜,获得工作波长为10.6Λ.采用FTIP8201型光度计检测其透光特性,m且透射率为70%和18%的膜系采用监控透射光,Si片滤光.监控装置选用300线的反射式光栅单色仪.实验装置如图1所示.把制好的GaAs单晶片研磨抛光成󰂡=31.8󰃗内.对GaAs衬底进行常CM的平凸镜头,误差范围要求在10′规化学清洗后,同监控片装入镀膜机中,分别镀制10.6Λm增透膜系和增反膜系,蒸发室真空度保持

收稿日期:2002203220

第6期丁铁柱,刘强　10.6Λm红外膜系制备工艺研究649

在1.6×10-3Pa以上,所制备的样品经退火处理后,用光度计检测其透光特性.

2　结果与讨论

2.1　Si滤光片对镀制增反膜系的影响

图2为GaAs衬底上制备10.6Λm增反膜膜系经计算机程序模拟所得的透射特性理论曲

线.图3是波长为Κ=2.12×10-6m的监控光线,在不加滤光片的条件下,镀制的10.6Λm增反膜膜系的透射特性曲线,图3表明,在不加Si滤光片的情况下,10.6Λm增反膜膜系的透射特性曲线与理论透射曲线相差很远,存在单色仪和其他光学系统引起的二级以上光谱的影响,对工作波长为10.6Λm的光线几乎成增透(透过率近70%),且曲线没有出现相应的峰谷.

图1　实验装置

Fig.1　Apparatusofexperimentalprocedure

图2　10.6Λm增反膜的透射特性曲线(模拟曲线,监图3　10.6Λm增反膜的透射特性曲线(不加Si滤光控光线Κ=2.12×10-6m)

=2.12enhancingcoating(analogcurve,monitorrayΚ

片,监控光线Κ=2.12×10-6m)

enhancingcoating(notriggedwithSiopticalfilter,=2.12×10-6m)monitorrayΚ

Fig.2　Thetransmissionspectraof10.6Λmreflection　Fig.3　Thetransmissionspectraof10.6Λmreflection

×10-6m)

　　图4是在监控光线波长为Κ=2.12×10-6m,加Si滤光片的条件下,制备的10.6Λm增反膜膜系的透射特性曲线.由图4可知,使用Si滤光片以后,10.6Λm增反膜膜系的透射特性与理论曲线相似,但峰值偏离理想值较远,且反射峰值位于波数较大的位置,可见Si滤光片有效地消除了单色仪部分二级以上光谱的影响,但监控光线依然受到其它光学系统二级以上光谱的影响,为了制备理想的10.6Λm增反膜膜系,需找出合适的监控波长,由公式:

-1

△Κ=󰃜ΚΚ理论值-实际值󰃜　　　Κ=Μ

估计监控波长的修正值(Κ-监控波长,Μ—监控波长对应的波数).

由图2和图4的透射特性曲线的峰谷对应的波数计算其差值,监控光的修正值△Κ=6×10-8m,

图5是在对监控光线进行修正后10.6Λm增反膜膜系的透射特性曲线,该膜系透射特性曲线与理论曲线基本吻合,峰值透射率满足要求.2.2　Si滤光片对增透膜的影响

图6为10.6Λ.图7是在监控光线波m增透膜膜系经计算机程序模拟所得的透射特性理论曲线长为Κ=1.48×10-6m,不使用Si滤光片条件下,镀制的10.6Λm增透膜膜系的透射特性曲线,由图7

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表明,在不使用Si滤光片的条件下,镀制的10.6Λm增透膜膜系其透射性能与理论曲线相差甚远,存在单色仪二级以上光谱的影响和其它光学系统二级以上光谱的影响,对10.6Λm工作波长的透射率较小,透射峰值也偏离10.6Λ.m对应的波数

图4　10.6Λm增反膜的透射特性曲线(加滤光片,监图5　修正监控光线后,10.6Λm增反膜片的透光特性控光线Κ=2.12×10-6m)曲线

Fig.4　Thetransmissionspectraof10.6Λmreflection　Fig.5　Uponimprovedmonitorrays,thetransmission=enhancingcoating(riggedwithSiopticalfilter,forΚ2.12×10-6mmonitorrays)

spectraof10.6Λmreflectionenhancingcoating

图8是在监控光线波长为Κ=1.48×10-6m,使用Si滤光片条件下,制备的10.6Λm增透膜膜系的透射特性曲线.在使用Si滤光片以后,Si滤光片有效地消除了单色仪二级以上光谱的影响,10.6Λm增透膜膜系的透射性能有显著的提高,与理论曲线相近,但峰值对应的波数比较大,监控光线依然受到其它光学系统二级以上光谱的影响,即相对应的波长较短.

对监控波长进行适当的修正后,其修正值为△Κ=1.48×10-6m,制备得10.6Λm增透膜膜系的透射特性曲线如图9所示.该膜系特性曲线与理论曲线相近,对于10.6Λm的工作波长,其透射特性与理论值吻合.

图6　10.6Λm增透膜的透射特性曲线(模拟曲线,监图7　10.6Λm增透膜的透射特性曲线(不加Si滤光控光线Κ=1.48×10-6m)

片,监控光线Κ=1.48×10-6m)

Fig.6　Thetransmissionspectraof10.6Λmantire2　Fig.7　Thetransmissionspectraof10.6Λmantire2==1.48×10-6mmon2flectionfilm(notriggedwithSiopticalfilter,forΚflectionfilm(analogcurve,forΚitorrays)

1.48×10-6mmonitorrays)

3　结　论

3.1　采用Si滤光片可有效地消除镀膜工艺中单色仪二级以上光谱对镀膜工艺的影响,可作为一种

理想的红色外监控光的滤光片,监控透射光,其波长在1.5×10-6～2.1×10-6m范围内时更为理想.3.2　半导体GaAs衬底上制备工作波长为10.6Λm的增透膜膜系和增反膜膜系,监控透射光,采用

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Si滤光片,监控光线的修正值一般约为原波长的2.5%～3%.可制备理想的增透膜(透过率为70%)

和增反膜(透过率18%).

图8　10.6Λm增透膜的透射特性曲线(加滤光片,监控光线Κ=1.48×10-6m)

图9　修正监控光线后,10.6Λm增透膜的透光特性曲

线Fig.8　Thetransmissionspectraof10.6Λmantire2　

Fig.9　Uponimprovedmonitorrays,thetransmission

=1.48flectionfilm(riggedwithSiopticalfilter,forΚ

spectraof10.6Λmantireflectionfilm

×10-6mmonitorrays)

参考文献:

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AStudyonthePreparingTechniqueofthe10.6ΛmInfraredCoating

DINGTie2zhu,LIUQiang

(DepartmentofPhysics,NeiMongolUniversity,Hohhot010021,PRC)

　　Abstract:TheantireflectioninfraredcoatingandthereflectionenhancinginfraredcoatingarepreparedonGaAssemiconductorwaferbyvacuumevaporation.TheeffectofSiopticalfilteronthefilmcoatingtechniqueisstudied,thetransmissioncharacteristicof10.6Λmantireflectioninfraredcoatingandthe10.6Λmreflectionenhancinginfraredcoatingarealsostudied.Theexperimentalre2sultsshowthattheinfluenceofspectrumabovesecondorderofmonochromatoronfilmcoatingtechniquehasbeenerasedbyusingSiopticalfilter.TheSiopticalfilterisexcellentformonitorlightofinfrared.Thecorrection△Κofmonitorlightwavelengthisabout2.5%～3%ΚbyusingSiopticalfilter.Thebettertechniqueofpreparinginfraredcoatinghasbeenobtained.

Keywords:filmcoatingtechnique;Siopticalfilter;infraredcoat

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