CN205420536U - 红外滤光片镀膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种红外滤光片镀膜的装置，包括依次连接的进样腔室(100)、镀膜单元以及能够进出所述镀膜单元的进样台(400)，为装置提供电子的外接电源。本实用新型提供的工艺方法简单，能够同时实现红外滤光片的双面镀膜，操作时间较现有技术缩短了至少1/2，且能够制作多层膜系的红外滤光片，膜系层数没有上限，可根据实际情况进行选择；提供的装置能够实现红外滤光片的双面镀膜，且生产线较现有技术大幅缩短，尤其对于层数较多(≥10层)的膜系的红外滤光片，生产线也没有额外较2层膜系的红外滤光片增加；提供的红外滤光片的膜系任选，没有层数限定，尤其适用于层数较多的膜系，为红外滤光片的应用范围提供更加广泛的选择。
Description
技术领域
本实用新型涉及红外镀膜技术领域，尤其涉及一种红外滤光片镀膜。
背景技术
红外滤光片作为红外传感器的重要组成部分，其性能优劣直接影响到传感器工作的灵敏度、准确度。决定滤光片性能的关键在于膜系设计。目前，滤光片的膜系设计主要有非规整膜系和规整膜系两种方法，但不管哪种膜系设计，对于红外滤光片都要很厚，用蒸镀或溅射都要花费很长的时间，十分不利于效率的提高，和设备成本的回收。
对于5.5μm截止的长波通滤光片，7～14μm带通滤光片，8～14μm带通滤光片，4.26μm窄带滤光片，4.64μm窄带滤光片，3.91μm窄带滤光片等高要求滤光片，膜层厚度要增加，膜层层数要增加很多，有的膜系要多大70多层以上，对于窄带，敏感层的厚度精度要求很高，要在±5nm的误差以内，要是误差太大，窄带的峰值就会偏移，为了实现滤光片的功能都需要双面镀膜(膜层镀膜时间都要10个小时以上)，现有的工艺是镀制完一层再镀制另一层，而现有的工艺方法除了膜层镀膜时间还要加上一次破真空(交换镀制面)，和恢复真空的时间，极大的浪费了镀膜材料和镀膜时间。
对于镀制方法，现有的红外滤光片大部分为蒸镀方式，而对于蒸镀方式，伞的旋转方式，很难实现自动化连续式生产。
因此，如何开发一种能够连续化生产，工艺方法简单，且镀制时间较短的红外滤光片的工艺方法，是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种红外滤光片镀膜的装置，所述装置包括依次连接的进样腔室、镀膜单元以及能够进出所述镀膜单元的进样台(400)，为装置提供电子的外接电源；
所述镀膜单元包括依次连接的高折射率材料镀膜腔室(200)和低折射率材料镀膜腔室(300)；或者依次连接的低折射率材料镀膜腔室(300)和高折射率材料镀膜腔室(200)；
所述高折射率材料镀膜腔室内具有相对设置的高折射率材料靶材和用于氩气进入的布气口，所述高折射率材料靶材接通电源后呈负电压；
所述低折射率材料镀膜腔室内具有相对设置的高折射率材料靶材和用于氩气进入的布气口，所述低折射率材料靶材接通电源后呈负电压；
所述进样台具有样品放置架，用于将样品以待镀膜位置暴露的状态固定在进样台上；
所述腔室、样品放置架接通电源后成正电压。
优选地，所述进样台的样品放置架上设置有用于固定样品的夹具以及能够遮盖样品待镀膜位置的挡片；所述挡片具有打开状态和遮盖状态；在所述打开状态，样品待镀膜位置暴露；在所述遮盖状态，样品待镀膜位置被遮盖。
优选地，所述进样室设置有门阀，用于进样台的进出；
所述高折射率材料镀膜腔室设置有第一矩形阀，用于进样台在进样室和高折射率材料镀膜腔室之间穿梭；
所述高折射率材料镀膜腔室设置有第二矩形阀，用于进样台在高折射率材料镀膜腔室和低折射率材料镀膜腔室之间穿梭。
优选地，所述高折射率材料靶材为锗靶材，优选纯度为99.999％以上的锗靶材；
所述低折射率材料靶材为硫化锌靶材，优选纯度为99.999％以上的硫化锌靶材。
一种红外滤光片镀膜的工艺方法，所述方法采用目的之一所述的装置进行，具体包括如下步骤：
(1)安装待镀膜样品至进样台，并暴露待镀膜位置；将进样腔室、高折射率材料镀膜腔室和低折射率材料镀膜腔室抽真空；
(2)将进样台送入高折射率材料镀膜腔室，关闭门阀，接通高折射率材料靶材，进行高折射率材料的磁控溅射，控制高折射率材料的镀膜厚度；根据镀膜膜系选择磁控溅射在样品上的正反面；
(3)将进样台送入低折射率材料镀膜腔室，接通低折射率材料靶材，进行低折射率材料的磁控溅射，控制低折射率材料的镀膜厚度；根据镀膜膜系选择磁控溅射在样品上的正反面；
(4)将进样台送回高折射率材料镀膜腔室，接通高折射率材料靶材，进行高折射率材料的磁控溅射，控制高折射率材料的镀膜厚度；根据镀膜膜系选择磁控溅射在样品上的正反面；
(5)根据镀膜膜系重复步骤(3)和步骤(4)，得到双面镀膜的红外滤光片；
(6)降温后，恢复大气压，打开门阀取出样品，得到双面镀膜的红外滤光片成品。
优选地，所述“根据镀膜膜系选择磁控溅射在样品上的正反面”的方式为：接通需要磁控溅射样品一面的靶材电源，断开不需要磁控溅射样品一面的靶材电源；或者，接通两侧的靶材电源，采用挡片遮挡不需要磁控溅射样品一面的靶材电源；
优选地，所述“根据镀膜膜系选择磁控溅射在样品上的正反面”的方式为：接通两侧的靶材电源，采用挡片遮挡不需要磁控溅射样品一面的靶材电源。
优选地，所述镀膜厚度的控制方法选自晶控、光控或磁控溅射时间控制；
优选地，当所述进样台进入高折射率材料镀膜腔室进行高折射率材料磁控溅射时，关闭第一矩形阀；
优选地，当所述进样台进入低折射率材料镀膜腔室进行低折射率材料磁控溅射时，关闭第二矩形阀。
优选地，磁控溅射时，所述氩气的压力为0.1～2Pa；
优选地，磁控溅射时，所述氩气的通入速度为5～50sccm；
优选地，磁控溅射时，接通靶材的电源功率为50～1000W；
优选地，步骤(1)所述抽真空的真空度≤1×10-4MPa；
优选地，所述待镀膜样品为硅片。
一种采用所述的工艺方法制备得到的红外滤光片，所述红外滤光片包括硅片基底；依次交替设置于硅片基底上表面的n层高折射率材料层和低折射率材料层；依次交替设置于硅片基底下表面的m层高折射率材料层和低折射率材料层；所述n和m均各自独立地选自≥10的整数。
作为优选技术方案，所述红外滤光片包括硅片基底；
依次设置于硅片基底上表面的138.7nm厚的锗层、217.03nm厚的硫化锌层、131.30nm厚的锗层、111.72nm厚的硫化锌层、114.75nm厚的锗层、236.18nm厚的硫化锌层、138.30nm厚的锗层、292.49nm厚的硫化锌层、125.87nm厚的锗层、293.92nm厚的硫化锌层、131.92nm厚的锗层、299.76nm厚的硫化锌层、140.63nm厚的锗层、248.00nm厚的硫化锌层、213.42nm厚的锗层、347.15nm厚的硫化锌层、186.56nm厚的锗层和1146.37nm厚的硫化锌层、0nm厚的锗层、0nm厚的硫化锌层、0nm厚的锗层、0nm厚的硫化锌层、0nm厚的锗层、0nm厚的硫化锌层和0nm厚的锗层；
以及依次设置于硅片基底下表面的0nm厚的锗层、287.51nm厚的硫化锌层、94.77nm厚的锗层、934.20nm厚的硫化锌层、24.39nm厚的锗层、2108.02nm厚的硫化锌层、138.40nm厚的锗层、306.78nm厚的硫化锌层、478.92nm厚的锗层、517.53nm厚的硫化锌层、96.44nm厚的锗层、1961.15nm厚的硫化锌层、113.10nm厚的锗层、538.80nm厚的硫化锌层、448.91nm厚的锗层、400.88nm厚的硫化锌层、202.87nm厚的锗层、847.32nm厚的硫化锌层、170.68nm厚的锗层、840.25nm厚的硫化锌层、198.12nm厚的锗层、697.01nm厚的硫化锌层、199.55nm厚的锗层、1069.69nm厚的硫化锌层和74.98nm厚的锗层。
优选地，所述红外滤光片为7～14μm的带通滤光片。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型提供的工艺方法简单，能够同时实现红外滤光片的双面镀膜，操作时间较现有技术缩短了1半，且能够制作多层膜系的红外滤光片，膜系层数没有上限，可根据实际情况进行选择；
(2)本实用新型提供的装置能够实现红外滤光片的双面镀膜，且生产线较现有技术大幅缩短，尤其对于层数较多(≥10层)的膜系的红外滤光片，生产线也没有额外较2层膜系的红外滤光片增加；
(3)本实用新型提供的红外滤光片的膜系任选，没有层数限定，尤其适用于层数较多的膜系，为红外滤光片的应用范围提供更加广泛的选择。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的红外滤光片镀膜的装置的俯视结构示意图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的红外滤光片镀膜的装置的正视结构示意图。
具体实施方式
为便于理解本实用新型，本实用新型列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
图1和图2提供了本实用新型所述红外滤光片镀膜的装置的一种具体实施方式。如图1和图2所示，本实用新型所述红外滤光片镀膜的装置包括依次连接的进样腔室100、高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300，以及能够进出所述进样腔室100、高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300的进样台400，为装置提供电子的外接电源；
所述高折射率材料镀膜腔室200内具有相对设置的高折射率材料靶材203和用于氩气进入的布气口，所述高折射率材料靶材接通电源后带负电；
所述低折射率材料镀膜腔室300内具有相对设置的高折射率材料靶材303和用于氩气进入的布气口，所述低折射率材料靶材接通电源后带负电；
所述进样台400具有样品放置架401，用于将样品以待镀膜位置暴露的状态固定在进样台上；
优选地，在所述红外滤光片镀膜的装置中，所述进样台400的样品放置架401上设置有用于固定样品的夹具(图中未示出)以及能够遮盖样品待镀膜位置的挡片(图中未示出)；所述挡片具有打开状态和遮盖状态；在所述打开状态，样品待镀膜位置暴露；在所述遮盖状态，样品待镀膜位置被遮盖。
优选地，所述进样室100设置有门阀101，用于进样台400的进出；
所述高折射率材料镀膜腔室200设置有第一矩形阀201，用于进样台400在进样室100和高折射率材料镀膜腔室200之间穿梭；
所述高折射率材料镀膜腔室200设置有第二矩形阀202，用于进样台400在高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300之间穿梭。
优选地，所述高折射率材料靶材为锗靶材；
所述低折射率材料靶材为硫化锌靶材。
可选地，图1和图2提供了本发明所述红外滤光片镀膜的装置中，高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300的位置可以互换，具体包括依次连接的进样腔室100、低折射率材料镀膜腔室300和高折射率材料镀膜腔室200，以及能够进出所述进样腔室100、高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300的进样台400，为装置提供电子的外接电源。
实施例
以Si片为衬底，采用图1和图2提供的本实用新型所述红外滤光片镀膜的装置，制备7～14μm带通滤光片，具体包括如下步骤：
(1)清洗硅片，丙酮清洗超声15min，异丙醇超声清洗15min，超纯水超声清洗15min后，氮气吹干；把清洗好的Si片安装在进样台400的样品放置架401上，暴露待镀膜位置；
(2)开门阀101，进样台400进入进样腔室100，关门阀101，用前级泵抽空进样腔室100、高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300至50Pa以下；同时将进样腔室100、高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300升温对样品进行预处理，升温温度≤100℃；
(3)抽空达到50Pa以下(优选5Pa以下)，打开第一矩形阀201，进样台400进入高折射率材料镀膜腔室200，接通高折射率材料靶材(锗靶材)电源，进行锗的磁控溅射，控制锗层的镀膜厚度；若硅片的一面不需要镀制，采用挡片将其遮盖；
(4)步骤(3)锗层镀制完毕后，打开第二矩形阀202，进样台400进入低折射率材料镀膜腔室300，接通低折射率材料靶材(硫化锌靶材)电源，进行硫化锌的磁控溅射，控制硫化锌层的镀膜厚度；若硅片的一面不需要镀制，采用挡片将其遮盖；
(5)步骤(4)硫化锌层镀制完毕后，进样台400再次返回进入高折射率材料镀膜腔室200，接通高折射率材料靶材(锗靶材)电源，进行锗的磁控溅射，控制锗层的镀膜厚度；若硅片的一面不需要镀制，采用挡片将其遮盖；
(6)根据镀膜膜系重复步骤(4)和步骤(5)，得到双面镀膜的红外滤光片；如需要镀制锗层，则将进样台100推入高折射率材料镀膜腔室200，如需要镀制硫化锌层，则将进样台100推入低折射率材料镀膜腔室300；由于硅片两面膜层可能厚度或层数不一样，在磁控溅射过程中，根据最长时间的一层来决定一次在一个腔室的时间，对于短时间镀膜的一侧，厚度达到要求后，可以通过挡板将暴露面遮挡，以防止膜层继续镀制；
(7)降温后，恢复大气压，打开门阀(101)取出样品，得到双面镀膜的红外滤光片成品；
在所述方法中，氩气的通入流速为5～50sccm，高折射率材料靶材(锗靶材)电源的功率为250～1000W；低折射率材料靶材(硫化锌靶材)电源为50～200W。
实施例1
制备一红外滤光片包括硅片基底；依次设置于硅片基底上表面的138.7nm厚的锗层、217.03nm厚的硫化锌层、131.30nm厚的锗层、111.72nm厚的硫化锌层、114.75nm厚的锗层、236.18nm厚的硫化锌层、138.30nm厚的锗层、292.49nm厚的硫化锌层、125.87nm厚的锗层、293.92nm厚的硫化锌层、131.92nm厚的锗层、299.76nm厚的硫化锌层、140.63nm厚的锗层、248.00nm厚的硫化锌层、213.42nm厚的锗层、347.15nm厚的硫化锌层、186.56nm厚的锗层和1146.37nm厚的硫化锌层、0nm厚的锗层、0nm厚的硫化锌层、0nm厚的锗层、0nm厚的硫化锌层、0nm厚的锗层、0nm厚的硫化锌层和0nm厚的锗层；以及依次设置于硅片基底下表面的0nm厚的锗层、287.51nm厚的硫化锌层、94.77nm厚的锗层、934.20nm厚的硫化锌层、24.39nm厚的锗层、2108.02nm厚的硫化锌层、138.40nm厚的锗层、306.78nm厚的硫化锌层、478.92nm厚的锗层、517.53nm厚的硫化锌层、96.44nm厚的锗层、1961.15nm厚的硫化锌层、113.10nm厚的锗层、538.80nm厚的硫化锌层、448.91nm厚的锗层、400.88nm厚的硫化锌层、202.87nm厚的锗层、847.32nm厚的硫化锌层、170.68nm厚的锗层、840.25nm厚的硫化锌层、198.12nm厚的锗层、697.01nm厚的硫化锌层、199.55nm厚的锗层、1069.69nm厚的硫化锌层和74.98nm厚的锗层；
具体步骤如实施例所示，条件为氩气的通入流速为22sccm，高折射率材料靶材(锗靶材)电源的功率为350W；低折射率材料靶材(硫化锌靶材)电源为150W；进样腔室100、高折射率材料镀膜腔室200和低折射率材料镀膜腔室300压力为0.5Pa，根据膜系，通过磁控溅射时间控制膜层厚度，具体的，Ge以3nm/s溅射速率计算，ZnS以5nm/s的溅射速率计算。
申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构，但本实用新型并不局限于上述详细的结构，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (7)
1.一种红外滤光片镀膜的装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的进样腔室(100)、镀膜单元以及能够进出所述镀膜单元的进样台(400)，为装置提供电子的外接电源；
所述镀膜单元包括依次连接的高折射率材料镀膜腔室(200)和低折射率材料镀膜腔室(300)；或者依次连接的低折射率材料镀膜腔室(300)和高折射率材料镀膜腔室(200)；
所述高折射率材料镀膜腔室(200)内具有相对设置的高折射率材料靶材(203)和用于氩气进入的布气口，所述高折射率材料靶材接通电源后呈负电压；
所述低折射率材料镀膜腔室(300)内具有相对设置的高折射率材料靶材(303)和用于氩气进入的布气口，所述低折射率材料靶材接通电源后呈负电压；
所述进样台(400)具有样品放置架(401)，用于将样品以待镀膜位置暴露的状态固定在进样台上；
所述腔室、样品放置架接通电源后成正电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进样台(400)的样品放置架(401)上设置有用于固定样品的夹具以及能够遮盖样品待镀膜位置的挡片；所述挡片具有打开状态和遮盖状态；在所述打开状态，样品待镀膜位置暴露；在所述遮盖状态，样品待镀膜位置被遮盖。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进样室(100)设置有门阀(101)，用于进样台(400)的进出。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高折射率材料镀膜腔室(200)设置有第一矩形阀(201)，用于进样台(400)在进样室(100)和高折射率材料镀膜腔室(200)之间穿梭。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高折射率材料镀膜腔室(200)设置有第二矩形阀(202)，用于进样台(400)在高折射率材料镀膜腔室(200)和低折射率材料镀膜腔室(300)之间穿梭。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高折射率材料靶材为锗靶材。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低折射率材料靶材为硫化锌靶材。
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