JP2015505900A

JP2015505900A - 中赤外線性能が改善された酸化イットリウム被覆光学素子

Info

Publication number: JP2015505900A
Application number: JP2014544831A
Authority: JP
Inventors: シュレイバー，ホルスト; ワン，ジュエ; ジェイウィルキンソン，スコット
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2015-02-26
Also published as: WO2013082079A2; WO2013082079A3; EP2786180A2; US20130135712A1

Abstract

本開示は、２〜１２μｍ範囲での使用を含む、赤外波長での使用に適した基体上に酸化イットリウムＹ2Ｏ3被覆を製造する方法に関する。この被覆方法は、典型的に約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍで現れる吸収ピークをなくすか、または実質的になくす。このことは、被覆材料源としてＹ2Ｏ3を使用する代わりに、酸素含有プラズマと組み合わせてイットリウム源としてＹ金属を使用して、Ｙ2Ｏ3被覆を形成することによって達成される。本開示はさらに、そのような被覆を有する、赤外線に使用するのに適した光学系に関する。ここに記載された方法にしたがって製造された被覆基体の透過スペクトルは、４μｍから１２μｍの波長範囲に亘る未被覆基体の透過スペクトルよりも大きい。

Description

優先権

本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１１年１１月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／５６４３６７号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、中赤外線領域における性能が改善された酸化イットリウム被覆に関し、より詳しくは、３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウム被覆の吸収ピークがなくなった酸化イットリウム被覆に関する。

金属酸化物は、光学的透明性および環境安定性などの優れた性質のために、可視スペクトル範囲と紫外スペクトル範囲における光学干渉被覆を製造するための選り抜きの材料である。しかしながら、赤外（ＩＲ）スペクトル範囲において、金属酸化物は幅広く用いられていない。何故ならば、これらの材料は、約０．７５μｍから１２μｍのＩＲ範囲に亘りずっと吸収がない訳ではないからである。酸化イットリウムは、ＩＲ酸化物被覆のためのより魅力的な金属酸化物の内の１つであり、長波赤外（ＬＷＩＲ）範囲まで比較的高い透過率を有するが、完全に吸収がない訳ではない。酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）の魅力的な性質は、ＺｎＳｅおよびＺｎＳなどの他のＩＲ材料と比べた場合、良好な熱安定性と化学安定性、および高い機械強度と硬度である。それゆえ、酸化イットリウム被覆は、半導体加工装置の保護（特許文献１）などの多種多様なプロセス；ファイバ強化被覆（特許文献２）；ガラス成形プロセスにおける拡散バリア被覆（特許文献３）；太陽電池の反射防止被覆（特許文献４）；およびＺｎＳｅまたはＺｎＳを使用した赤外光学系のための反射防止および保護被覆（非特許文献１）などとして、使用することができる。しかしながら、上述したように、ＩＲ光学用途において、Ｙ₂Ｏ₃被覆は、完全に吸収がない訳ではない。例えば、非特許文献２により、電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着Ｙ₂Ｏ₃を使用して製造された被覆が、約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍに位置するいくつかのＩＲ吸収帯を示すことが報告された。これらの被覆は、材料の圧縮ディスクの形態にあるＹ₂Ｏ₃が電子ビーム蒸着され、基体上に堆積される通常の従来技術の方法によって調製された。この方法では、約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍに吸収ピークを生じさせる。

米国特許出願公開第２００５／００３７１９３号明細書米国特許第５３１６１７９７号明細書米国特許第５７６９９１８号明細書米国特許第４２４６０４３号明細書

Su Xianjum et al, "Design and Fabrication of antireflection coating on ZnS substrates," Proceeding SPIE, Vol 6149, 614907 (2006) Su Xiangjun, ibid, and Rongfa Chen, "Investigation of infrared transmittivity [sic] of Y2O3 coating/diamond films," Chinese Optics Letters, Vol. 8 Supplement, pages 130-133 (2010)

その結果、より広い範囲に亘り、特に、約３〜８μｍの範囲に亘り、酸化イットリウム被覆の所望の性質を十分に活用するために、Ｙ₂Ｏ₃膜または被覆の透過率を改善する必要がある。

本開示は、改良型反応性プラズマイオン支援堆積（ＰＩＡＤ）を使用して製造された、改良された低透過損失の酸化イットリウム被覆およびそのような被覆を上に有する光学系とそのような被覆を有する光学素子に関する。酸化イットリウムをその上に有する光学素子を製造するこの方法では、プラズマイオン支援堆積、堆積中の酸素イオン含有雰囲気およびイットリウム源としてのイットリウム金属を利用する。この方法を使用して、約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの３つの典型的な吸収帯ピークが、約２〜１２μｍのＩＲスペクトル領域においてなくなるか、または実質的になくなり、基体上に均一なＹ₂Ｏ₃被覆が形成されることが分かった。基体としてのＺｎＳｅおよび９９０μｍの厚さを有するＹ₂Ｏ₃被覆を使用して調製されたサンプルは、２〜１２μｍのスペクトル範囲において少なくとも７０％の透過率を示した。本開示によるＹ₂Ｏ₃被覆は、吸収損失の低いＹ₂Ｏ₃被覆が望ましい数多くのＩＲ用途；例えば、ＡｇおよびＡｕミラーの保護被覆、基体、例えば、制限するものではなく、ＺｎＳｅおよびＺｎＳのための保護反射防止被覆、およびＹ₂Ｏ₃被覆が望ましく有用である他の用途に使用できる。本開示の利点は以下のとおりである：
１．イットリウム金属を、酸化イットリウムの代わりに出発材料として使用した。これにより、安定な堆積速度が確実となり、ＩＲ用途のためにＹ₂Ｏ₃の厚い層を堆積することができる。
２．改良型反応性プラズマイオン支援堆積によって、緻密で、均一で、平滑なＹ₂Ｏ₃被覆を得た。
３．改良型反応性プラズマイオン支援堆積を使用することによって、Ｙ₂Ｏ₃被覆における約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍの３つの吸収ピークがなくなる。
４．ＳＷＩＲ、ＭＷＩＲおよびＬＷＩＲ範囲のための光学被覆に、生成されたＹ₂Ｏ₃被覆を使用することができる。
５．本開示による低損失Ｙ₂Ｏ₃膜または被覆を、多くの異なるＩＲ用途における保護被覆として、例えば、ＡｇおよびＡｕミラーの保護被覆として、およびＺｎＳｅおよびＺｎＳ基体のための保護反射防止被覆として、使用できる。

１つの実施の形態において、酸化イットリウム被覆は透過率を減少させず、全体の透過率は未被覆基体以上である。

図１は、未被覆のＺｎＳｅ基体および片面にＹ₂Ｏ₃被覆を有するＺｎＳｅ基体の２〜１２μｍ範囲におけるＩＲ透過率を被覆するグラフであり、この被覆はＹ₂Ｏ₃を蒸着する従来の方法によって施された。図２は、未被覆のＺｎＳｅ基体および片面にＹ₂Ｏ₃被覆を有するＺｎＳｅ基体の２〜１２μｍ範囲におけるＩＲ透過率を被覆するグラフであり、この被覆は、イットリウム金属の蒸着および酸素含有プラズマの使用を含む、ここに記載されたＰＩＡＤ法および材料を使用して施された。図３は、ＺｎＳｅ基体上の９９０ｎｍ厚のＹ₂Ｏ₃被覆の９μｍの波長での屈折率プロファイルを示すグラフであり、この被覆は、ここに記載されたＰＩＡＤ法を使用して製造された。図４は、ＺｎＳｅ基体上の９９０ｎｍ厚の被覆の白色光干渉分光法画像であり、この被覆は、ここに記載されたＰＩＡＤ法を使用して製造された。図５は、緻密で均一な膜または被覆プロセスを示す、ＺｎＳｅ基体から９９０ｍｍ厚のＹ₂Ｏ₃表面に転写された表面研磨構造を示す、図４の白色光画像の傾斜分布図である。図６は、逆マスク４４、ｅ−ビーム４０により衝突される金属イットリウム標的４２および光源４６により生成されるプラズマ４７へのＯ₂排出源４８の使用を含む、Ｙ₂Ｏ₃被覆を堆積させるための一般的な配置を示す説明図である。

ここで、「従来技術」被覆と称されるＹ₂Ｏ₃被覆は、本開示に記載されたように、被覆材料源として、イットリウム金属ではなく、Ｙ₂Ｏ₃を使用して製造された被覆であり、その堆積は、どのようなプラズマイオン支援も使用せずに、Ｙ₂Ｏ₃源材料が蒸発させられ、基体上に堆積される電子ビーム蒸着方法を使用して行われた。従来技術とは対照的に、本開示のＹ₂Ｏ₃被覆は、Ｙ源４２としてＹ金属を使用して製造される。このＹ金属は、ｅ−ビームにより蒸発させられ、プラズマ４７中に供給される酸素４８と接触した際に、酸化され、基体６２上に堆積される際にＹ₂Ｏ₃被覆を形成する。ここで、「基体」および「光学系(optic)」という用語は交換可能に使用してよく、「被覆基体」および「被覆光学系」という用語も交換可能に使用してよい。

酸化物材料は、フッ化物材料およびＺｎＳｅおよびＺｎＳなどのＩＩ−ＶＩ半導体と比べて、優れた光学的性質、熱的性質および機械的性質のために、光学被覆技術に広く用いられている。しかしながら、酸化物被覆のスペクトル帯域幅は、それぞれ、紫外（ＵＶ）および赤外（ＩＲ）スペクトル領域に位置する２つの基本的な吸収端により制限される。ＵＶ吸収端は中間帯電子励起を表すのに対し、ＩＲ吸収端はフォノンおよび中間帯電子励起に対応する。光学用途のための酸化物被覆のスペクトル範囲は、ＵＶから近ＩＲに及ぶ。その結果、フッ化物およびＺｎＳｅおよびＺｎＳなどのＩＩ−ＶＩ半導体がＩＲスペクトル領域で優勢である。しかしながら、これらのＩＲ材料の軟らかい性質のために、近ＩＲ（ＮＩＲ、約０．７５〜１．４μｍ）から、短波長ＩＲ（ＳＷＩＲ、１〜３μｍ）および中波赤外（ＭＷＩＲ、３〜５μｍ）、またさらに長波赤外（ＬＷＩＲ、８〜１４μｍ）まで、光学用途のための酸化物被覆の範囲を拡張することが望ましい。

撮像のための赤外線センサは、民生目的と軍事目的のために広範囲に使用されている。民生用途としては、宇宙を通して惑星などの物体を検出し、赤方偏移物体を見るために、センサが備えられた望遠鏡を使用した赤外線天文学、熱効率分析、環境のモニタリング、工業設備の検査、遠隔温度計測、短距離無線通信、分光法および天気予報が挙げられる。軍事用途としては、目標捕捉、監視、暗視、自動誘導および追尾が挙げられる。これらの用途では、センサが、未被覆のセンサの性能を低下させるであろう地球上と地球外両方の環境条件に耐えられる被覆を有する必要がある。

様々な酸化物材料の中で、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）が、その優れた光学的性質、熱的性質および機械的性質のために、拡大されたＩＲ用途のための酸化物被覆材料としての最良の候補の１つである。背景技術の項目は、被覆材料としての酸化イットリウムの様々な用途に関するいくつかの引例を挙げている。これらの引例は、高い吸収損失をもたらす強力な吸収がＩＲスペクトル領域にいくつかあることを示している。特に、３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍに大きい損失がある。その上、Chen等は、前掲書中で、Ｙ₂Ｏ₃被覆は不均一な構造を有することを見出した。不均一な被覆構造は、被覆の耐久性を減少させ、散乱損失を増加させ得る。その結果、Ｙ₂Ｏ₃被覆を短波長と中波長のＩＲ領域まで拡大させるために克服しなければならない技術的な難題が２つある。これらの難題は：
（ａ）ＩＲ領域におけるＹ₂Ｏ₃被覆吸収の低減、および
（ｂ）Ｙ₂Ｏ₃被覆の不均一性をなくすこと、
である。

これらの２つの技術的障害は、改良型反応性プラズマイオン支援堆積法および酸素含有プラズマ雰囲気におけるイットリウム金属を使用する、ここに開示された方法によって取り除かれた。開示された方法が使用されると、３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの吸収ピークは、結果として得られたＹ₂Ｏ₃被覆を有する光学系には存在しない。この方法を使用して、どのような実用的厚さを有するＹ₂Ｏ₃被覆も堆積させることができる。１つの実施の形態において、堆積されたＹ₂Ｏ₃被覆は３００ｎｍから３０００ｎｍの範囲の厚さを有する。さらに別の実施の形態において、被覆厚は７００ｎｍから３０００ｎｍの範囲にある。別の実施の形態において、その厚さは５００ｎｍから２０００ｎｍの範囲にある。追加の実施の形態において、その厚さは５００ｎｍから１２００ｎｍの範囲にある。

図１は、基準としての、未被覆のＺｎＳｅ基体の透過率対波長の曲線１２、およびＺｎＳｅ基体を被覆するために従来のＹ₂Ｏ₃のｅ−ビーム蒸着を使用した従来技術により被覆された被覆ＺｎＳｅ基体の曲線１０のグラフである。Ｙ₂Ｏ₃被覆の厚さは６００ｎｍである。図１は、未被覆のＺｎＳｅ基体１２は、２〜１２μｍにおいて約７０％の透過率を有するが、従来技術の方法を使用してその基体を被覆した場合、それぞれ、３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍに位置する吸収帯があること、およびＹ₂Ｏ₃被覆の透過率損失は、１０．５μｍより長い波長で増加し、未被覆基体の７０％の値を下回ることを示している。その結果、これらのＩＲ光学系へのＹ₂Ｏ₃被覆の適用は制限されてしまう。

図２は、未被覆のＺｎＳｅ基体の透過率対波長の曲線２２、およびここに記載されたような、イットリウム金属およびプラズマ中に酸素を含有する改良型反応性プラズマイオン支援堆積法を使用して堆積された９９０ｎｍ厚のＹ₂Ｏ₃を有するＺｎＳｅ基体の曲線２０のグラフである。図２は、未被覆のＺｎＳｅ基体２２は、２〜１２μｍ範囲において約７０％の透過率を有すること、およびここに記載された方法を使用して基体を被覆した場合、結果として得られた光学系は、２〜１２μｍの全波長範囲に亘り少なくとも７０％の透過率を有することを示している。図１に存在した３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの３つの吸収ピークは、図２には存在しない。その上、１０．５μｍより長い波長でＺｎＳｅ／Ｙ₂Ｏ₃光学系に透過率が改善されている。図２に示された結果は、「ＩＲ領域におけるＹ₂Ｏ₃被覆吸収の低減」という第１の難題は、ここに記載された改良型反応性プラズマイオン支援堆積法の使用により克服された。

図３は、ＺｎＳｅ基体上の９９０ｎｍ厚のＹ₂Ｏ₃被覆の９μｍの波長での屈折率対基体からの距離のグラフであり、生成されたＹ₂Ｏ₃被覆は、改良型反応性プラズマイオン支援堆積法の使用により堆積された。全被覆厚に亘り特有な屈折率が、均一な被覆構造を表す。この結果は、「Ｙ₂Ｏ₃被覆の不均一性をなくすこと」という第２の難題が克服されたこと、および基体上に堆積された９９０ｎｍ厚の被覆が均一であることを示す。

図４は、改良型反応性プラズマイオン支援堆積を使用してＺｎＳｅ基体上に形成した９９０ｎｍ厚のＹ₂Ｏ₃被覆の白色光干渉分光法画像である。その表面粗さは、７．１８ｍｍ×５．３８ｍｍの面積に亘り測定して６．４ｎｍである。

図５は、緻密で均一な膜または被覆プロセスを示す、ＺｎＳｅ基体から９９０ｍｍ厚のＹ₂Ｏ₃表面に転写された表面研磨構造を示す、図４の白色光画像の傾斜分布図である。その結果は、図３に示された屈折率深さプロファイルと一致する。

図２〜４に示された結果は、Ｙ₂Ｏ₃被覆における約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの３つの吸収ピークが、ここに記載された改良型反応性プラズマイオン支援堆積を使用することによってなくなった、低損失のＹ₂Ｏ₃被覆が達成されたことを示している。

図６は、米国特許第７４６５６８１号明細書に記載されたような改良型反応性ＰＩＡＤ堆積システムであって、側面遮蔽体５０および反応性酸素を供給するためのＯ₂排出源４８をさらに備えたシステムの説明図である。図６に示された堆積システムの構成要素としては、回転数ｆで回転する基体担体６０上の少なくとも１つの基体６２が中に配置された真空槽４１、および基体６２上に堆積させるための逆マスク４４を通過する蒸気流動５２を生成するために、標的４２、例えばＹ標的に衝突するｅ−ビーム４０を含む。蒸発させられたＹが、プラズマ４７を生成するプラズマ源４６の上部に堆積するのを防ぐための側面遮蔽体５０もある。その上、Ｏ₂をイオン化するプラズマ４７にＯ₂を排出するための酸素Ｏ₂排出源４８もある。このプラズマは、希ガス、例えば、アルゴンを使用して形成される。図６に図解されているように、堆積材料とのプラズマイオンの相互作用の機構が互いに著しく異なる２つの区域、αとβがある。区域αにおいて、プラズマイオンは堆積原子と同時に衝突し、運動量が伝達されて、圧縮された緻密層が形成される。プラズマは反応性Ｏ₂イオンを含有するので、Ｙ蒸気とＯとの間で反応が生じて、形成されるときに緻密層に圧縮されるＹ₂Ｏ₃が形成される。区域βにおいて、プラズマイオンは、基体６２の表面上に堆積されたＹ₂Ｏ₃と連続的に衝突する。区域βにおいては堆積は生じないが、運動量が堆積表面に伝達され、プラズマ中のＯの存在により、イットリウムＹが完全にＹ₂Ｏ₃に転化されることを確実にする。その結果は、平滑で緻密なＹ₂Ｏ₃被覆表面である。被覆プロセス全体は、式（１）により示される被覆プロセス中に（ａ．ｕ．ｅＶ）^0.5の単位での区域α（Ｐ_α）および区域β（Ｐ_β）における運動量伝達の加算として、堆積された原子Ｐ当たりの運動量伝達により記載することができる：

式中、Ｖ_bはバイアス電圧であり、Ｊ_iおよびｍ_iは、それぞれ、イオン／（ｃｍ²・秒）で表されたプラズマ束およひａ．ｕ．（原子単位）で表された質量である。それに加え、Ｒは、ｎｍ／秒で表された堆積速度であり、ｅは電子電荷であり、ｋは単位換算係数であり、ｎ_sは、原子／ｃｍ²で表された堆積された被覆の表面原子密度であり、βとαは、回転数ｆで回転したプレートの中心に対する遮蔽区域と未遮蔽区域のラジアンである。逆マスクの形状と高さ、ＡＰＳ（高性能プラズマ源）パラメータおよびプレート回転数を調節することによって、プラズマ支援堆積とプラズマ平滑化に関する運動量伝達の量を別々に制御することができる。式（１）は、αとβがそれぞれ約２πと約ゼロに等しい、典型的にＰＩＡＤ標準設定を説明するために使用できる。この場合、プラズマ運動量伝達は被覆堆積を支援するだけであるのに対し、平滑化のための第２の項はほとんどゼロである。

Ｙ₂Ｏを形成するために使用できる、改良型反応性プラズマイオン支援堆積法は：
（ａ）酸素の豊富なプラズマ環境における電子ビーム蒸発のために、出発材料として、酸化イットリウムの代わりに高純度イットリウム金属を使用すること。Ｙ₂Ｏ₃被覆の堆積速度は、０．０５ｎｍ／秒から０．３５ｎｍ／秒に及び、酸素排出量は１０ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍ（ｓｃｃｍ＝立方センチメートル毎分）の範囲にある。

（ｂ）反応性プラズマイオン支援堆積および平滑化がＹ₂Ｏ₃の蓄積のいくつかの原子層の間で交互に生じる、反応性プラズマイオン支援堆積およびその場反応性プラズマイオン平滑化を可能にするために逆マスク４４を使用すること。プラズマイオン支援堆積およびその場平滑化プロセススは、プラズマ源と基体ホルダでバイアス電圧を変えることによって調節される、プラズマイオン運動量伝達によって達成される。このバイアス電圧は、６０Ｖから１５０Ｖの範囲にある。

（ｃ）プラズマ源絶縁構成部材とのイットリウム金属の相互作用によるプラズマアークを防ぐために側面遮蔽体を使用すること。

（ｄ）Ｙ₂Ｏ₃の完了した反応性堆積を確実するためにイットリウム蒸発中に基体を加熱すること。基体の加熱温度は、１２０℃から３００℃の範囲にある。

本開示の方法を要約すると、本開示は、３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍに吸収ピークを持たない、酸化イットリウムの被覆をその上に有する基体を調製する方法において、
真空槽を提供する工程、該真空槽内において、
被覆を堆積すべき光学系を提供する工程、
イットリウム金属の供給源を提供し、ｅ−ビームを使用することにより該イットリウム金属を蒸発させて、前記供給源から逆マスクを通じて前記基体に通過するイットリウム蒸気流動を提供する工程、
プラズマ源から、酸素イオンを含有するプラズマイオンを提供する工程、
前記基体を選択された回転数ｆで回転させる工程、および
前記基体上に前記被覆材料を堆積させ、イットリウム堆積プロセスの最中と後に、該基体と堆積された材料に前記酸素イオンを含有するプラズマイオンを衝突させて、該基体上に緻密で平滑な酸化イットリウム被覆を形成する工程、
を有してなり、
前記回転数ｆが１２から３６ｒｐｍの範囲にあり、前記流動が、２０°以下の角度φで前記基体に送達され、
前記基体の表面が、前記被覆材料の堆積の前に１〜４分の範囲の時間に亘り前記プラズマイオンに衝突される。その基体は、被覆プロセスが完了したときに、被覆槽から取り出される。Ｙ₂Ｏ₃の堆積速度は、０．０５ｎｍ／秒から０．３５ｎｍ／秒の範囲にある。プラズマ中へのＯ₂排出量は、１０ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍの範囲にある。プラズマイオンはプラズマガスから形成され、そのプラズマガスは、アルゴン、キセノン、およびアルゴンとキセノンの混合物からなる群より選択され、そのガスは酸素と混合される。

ここに記載された酸化イットリウムは、どのような適切な基体にも施すことができる。２μｍから１２μｍの波長範囲において、適切な基体としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＣｌｅａｒｔｒａｎ（商標）（ニュージャージー州、バーリントン所在のEdmund Optics社から入手できる特別な種類の複数波長のＺｎＳ）が挙げられる。その被覆は、サファイヤ基体、３〜５μｍの撮像用途のためのシリコン（Ｓｉ）基体、および３〜５μｍと８〜１２μｍの両方の撮像用途のためのゲルマニウム（Ｇｅ）基体にも使用できる。

本開示の製品を要約すると、その製品は、酸化イットリウム被覆をその上に有する赤外線透過性基体であり、この被覆基体は、２μｍから１２μｍの波長範囲に亘り未被覆基体の赤外線透過率以上の赤外線透過率を示す。１つの態様において、被覆基体の透過スペクトルは、４μｍから１２μｍの波長範囲に亘り未被覆基体の透過スペクトルよりも大きい。別の態様において、被覆基体の透過スペクトルは、被覆のための出発材料としてＹ₂Ｏ₃を使用して被覆した基体に見られる、２μｍから１２μｍの波長範囲内で約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウムの赤外吸収ピークの内の少なくとも１つを示さない。別の態様において、被覆基体の透過スペクトルは、２μｍから１２μｍの波長範囲内で約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウムの赤外吸収ピークの内の少なくとも２つを示さない。さらに別の態様において、被覆基体の透過スペクトルは、２μｍから１２μｍの波長範囲内で約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウムの赤外吸収ピークを示さない。実施の形態において、前記酸化イットリウム被覆は、３００ｎｍから１５００ｎｍの範囲の厚さを有する。別の実施の形態において、その基体は、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、「Ｃｌｅａｒｔｒａｎ」、Ｓｉ、Ｇｅ、およびサファイヤからなる群より選択される。

限られた数の実施の形態に関して本発明を説明してきたが、本開示の恩恵を受けた当業者には、ここに開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施の形態を想起できることが認識されるであろう。したがって、本発明の範囲は、付随の特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。

４０ｅ−ビーム
４１真空槽
４２標的
４６プラズマ源
４７プラズマ
４８Ｏ₂排出源
５０側面遮蔽体
６０基体担体
６２基体

Claims

酸化イットリウム被覆をその上に有する赤外線透過性基体であって、被覆された該基体が、２μｍから１２μｍの波長範囲に亘り未被覆基体の赤外線透過率以上の赤外線透過率を示し、前記酸化イットリウム被覆が３００ｎｍから３０００ｎｍの範囲の厚さを有し、前記被覆された基体の透過スペクトルが、２μｍから１２μｍの前記波長範囲内で約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウムの赤外吸収ピークの内の少なくとも１つを示さない、酸化イットリウムが被覆された基体。
前記被覆された基体の透過スペクトルが、２μｍから１２μｍの前記波長範囲内で約３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウムの赤外吸収ピークの内の少なくとも２つを示さない、請求項１記載の酸化イットリウムが被覆された基体。
前記酸化イットリウム被覆が７００ｎｍから３０００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１記載の酸化イットリウムが被覆された基体。
前記酸化イットリウム被覆が５００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１記載の酸化イットリウムが被覆された基体。
前記酸化イットリウム被覆が５００ｎｍから１２００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１記載の酸化イットリウムが被覆された基体。
前記基体が、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｃｌｅａｒｔｒａｎ（登録商標）、Ｓｉ、Ｇｅ、およびサファイヤからなる群より選択される、請求項１記載の酸化イットリウムが被覆された基体。
被覆のための出発材料としてＹ₂Ｏ₃を使用して被覆した基体に見られる、３．０μｍ、６．６μｍおよび７．１μｍでの酸化イットリウムの吸収ピークの内の少なくとも１つを示さない、酸化イットリウムの被覆をその上に有する基体を調製する方法において、
真空槽を提供する工程、該真空槽内において、
被覆を堆積すべき光学系を提供する工程、
イットリウム金属の供給源を提供し、ｅ−ビームを使用することにより該イットリウム金属を蒸発させて、前記供給源から逆マスクを通じて前記基体に通過するイットリウム蒸気流動を提供する工程、
プラズマ源から、酸素イオンを含有するプラズマイオンを提供する工程、
前記基体を選択された回転数ｆで回転させる工程、および
前記基体上に前記被覆材料を堆積させ、イットリウム堆積プロセスの最中と後に、該基体と堆積された材料に前記酸素イオンを含有するプラズマイオンを衝突させて、該基体上に緻密で平滑な酸化イットリウム被覆を形成する工程、
を有してなり、
前記回転数ｆが１２から３６ｒｐｍの範囲にあり、前記流動が、２０°以下の角度φで前記基体に送達され、
前記基体の表面が、前記被覆材料の堆積の前に１〜４分の範囲の時間に亘り前記プラズマイオンに衝突される、方法。
前記Ｙ₂Ｏ₃被覆の堆積速度が０．０５ｎｍ／秒から０．３５ｎｍ／秒の範囲にある、請求項７記載の方法。
前記プラズマイオン中へのＯ₂流出量が１０ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍの範囲にある、請求項７記載の方法。
前記プラズマイオンが、アルゴン、キセノン、およびアルゴンとキセノンの混合物からなる群より選択されるプラズマガスから形成され、該ガスは酸素と混合される、請求項７記載の方法。