CN105821387A - 基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，将蓝宝石基底经过微结构化处理，表面形成周期性圆锥结构；以具有微结构的蓝宝石为基底，采用反应磁控溅射在其表面制备氧化钇薄膜；溅射完成后，在340～400℃空气中保温退火1～2h。本发明将表面镀膜与表面微结构化处理进行有机结合，即采用单层氧化钇薄膜与特定尺寸微结构相配合，提高蓝宝石光学性能。选择折射率高于蓝宝石的氧化钇薄膜作为增透膜，采用合适的制备及退火工艺，获得具有柱状结构、立方相且无吸附氧的氧化钇薄膜，并调节薄膜厚度，低成本高效率地延伸微结构的优势。

Description

基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法
技术领域
本发明涉及一种基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，尤其涉及一种蓝宝石表面处理方法及参数。
背景技术
蓝宝石具有优良的力学性能、热稳定性和光学性能，是一种广泛应用的材料。但是，蓝宝石折射率(～1.7)较空气大得多，导致光线在蓝宝石与空气界面的反射率较大，严重影响了蓝宝石光学性能。目前，改善蓝宝石光学性能的方法主要分两类：一是表面镀膜，通常是多层膜；二是表面微结构化处理。表面镀膜存在膜系选择少、不同薄膜间匹配困难等问题，而表面微结构化处理设计复杂。总之，在改善蓝宝石光学性能方面仍有巨大发展空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高蓝宝石光学性能的方法，改善蓝宝石光学性能，特别是降低反射率，提高总透过率和衍射透过率。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：
蓝宝石首先经过微结构化处理，在其表面形成周期性圆锥结构；其次以具有微结构表面的蓝宝石为基底，采用反应磁控溅射在其表面制备氧化钇薄膜。
周期性圆锥结构的参数为：圆锥高1.2～1.6μm、底面直径2.4～3.0μm、周期0.4～0.6μm。
磁控溅射制备氧化钇薄膜的关键参数为：功率150～200W、溅射气压1～5Pa、氧气流量2～4sccm、氩气流量20～40sccm。溅射完成后，在340～400℃空气中保温退火1～2h。
控制溅射时间获得氧化钇薄膜厚度为100～300nm。
有益效果：
本发明将表面镀膜与表面微结构化处理进行有机结合，即采用单层氧化钇薄膜与特定尺寸微结构相配合，取得更好的有益效果。选择折射率高于蓝宝石的氧化钇薄膜(～1.9)作为增透膜，采用合适的制备及退火工艺，获得具有柱状结构、立方相且无吸附氧的氧化钇薄膜，并调节薄膜厚度，低成本高效率地延伸微结构的优势。
附图说明
图1：采用本发明的方法处理的蓝宝石的结构示意图。
图中a：氧化钇薄膜、b：具有微结构表面的蓝宝石。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种改善蓝宝石光学性能的方法，包括步骤如下：
(1)将蓝宝石基底经过微结构化处理，表面形成周期性圆锥结构；所述的周期性圆锥结构的参数为：圆锥高1.2～1.6μm、底面直径2.4～3.0μm、周期0.4～0.6μm。
(2)以具有微结构的蓝宝石为基底，采用磁控溅射反应在其表面制备氧化钇薄膜。磁控溅射的参数为：功率150～200W、溅射气压1～5Pa、氧气流量2～4sccm、氩气流量20～40sccm。控制溅射时间使获得氧化钇薄膜厚度为100～300nm。
(3)溅射完成后，在340～400℃空气中保温退火1～2h。
实施例1：
圆锥底面直径2.6μm、周期0.4μm，高分别为1.2μm、1.4μm和1.6μm，氧化钇制备参数：功率150W、溅射气压2Pa、氧气流量3sccm、氩气流量30sccm，厚度为200nm、350℃空气中保温退火2h。测的蓝宝石在3～5μm中红外波段的平均光学性能如表1所示。
表1不同微结构的高对蓝宝石光学性能的影响
圆锥高/μm 平均反射率/％ 平均总透过率/％ 平均衍射透过率/％
1.2 4.7 93.7 83.7
1.4 5.0 93.3 83.5
1.6 4.4 94.1 85.2
实施例2：
圆锥底面直径2.6μm、周期0.4μm、高1.6μm，氧化钇制备参数：功率150W、溅射气压2Pa、氧气流量3sccm、氩气流量30sccm，350℃空气中保温退火2h，厚度为100、200和300nm，测的蓝宝石在3～5μm中红外波段的平均光学性能如表2所示。
表2不同薄膜厚度对蓝宝石光学性能的影响
薄膜厚度/nm 平均反射率/％ 平均总透过率/％ 平均衍射透过率/％
100 4.5 94.3 85.7
200 3.6 95.2 86.2
300 4.2 94.9 84.9
实施例3：
圆锥底面直径2.6μm、周期0.4μm、高1.6μm，氧化钇制备参数：功率150W、溅射气压1.0Pa、3.0Pa和5.0Pa，氧气流量3sccm、氩气流量30sccm，350℃空气中保温退火2h，厚度为200nm，测的蓝宝石在3～5μm中红外波段的平均光学性能如表3所示。
表3不同溅射气压对蓝宝石光学性能的影响
溅射气压/Pa 平均反射率/％ 平均总透过率/％ 平均衍射透过率/％
1.0 4.6 93.5 85.1
3.0 4.4 94.1 85.5
5.0 4.3 93.7 84.7
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，其特征在于：蓝宝石首先经过微结构化处理，在其表面形成周期性圆锥结构；其次以具有微结构表面的蓝宝石为基底，采用反应磁控溅射在其表面制备氧化钇薄膜。
2.如权利要求1所述的基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，其特征在于：周期性圆锥结构结构参数为：圆锥高1.2～1.6μm、底面直径2.4～3.0μm、周期0.4～0.6μm。
3.如权利要求1所述的基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，其特征在于：磁控溅射的参数为：功率150～200W、溅射气压1～5Pa、氧气流量2～4sccm、氩气流量20～40sccm。
4.如权利要求3所述的基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，其特征在于：磁控溅射完成后，在340～400℃空气中保温退火1～2h。
5.如权利要求1所述的基于微米级阵列结构和氧化钇薄膜的蓝宝石光学性能提升方法，其特征在于：氧化钇薄膜厚度为100～300nm。
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