紅外窗口用硫化鋅表面亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的制備與保護(hù).pdf

1、硫化鋅（ZnS）等光學(xué)窗口材料是紅外探測(cè)與成像技術(shù)的先導(dǎo)。硫化鋅表面抗反射亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，是指借鑒生物仿生的概念，在ZnS表面制備出尺寸與入射光波長(zhǎng)相當(dāng)或更小的亞波長(zhǎng)仿蛾眼精細(xì)圖案。與傳統(tǒng)的表面增透薄膜相比，亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)對(duì)高溫等惡劣環(huán)境下紅外探測(cè)的寬波段抗反射增透有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本課題首先利用光學(xué)衍射原理，采用Rsoft軟件仿真計(jì)算設(shè)計(jì)合適的ZnS表面仿生抗反射亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，在ZnS表面制備Ni納米顆粒陣列掩膜，再以Cl2和Ar氣作

2、為刻蝕氣體，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕（ICP）進(jìn)行刻蝕從而制備抗反射亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。最后，采用原子層沉積（ALD）法，在ZnS亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)表面制備高硬度的HfO2保護(hù)膜，以期同時(shí)提高硫化鋅的光學(xué)和力學(xué)性能。主要采用掃描電子顯微術(shù)和原子力顯微術(shù)表征Ni掩膜及ZnS表面亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)形貌；采用紅外透射光譜和納米硬度儀分析表征其增透及其保護(hù)效果。
　　采用Rsoft軟件模擬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期、占位比和高度對(duì)硫化鋅透過率的影響，模擬結(jié)果表明：當(dāng)亞波長(zhǎng)

3、結(jié)構(gòu)的周期小于4μm，高度為2μm，占位比為0.6時(shí)，其遠(yuǎn)紅外波段（8~12μm）透過率高于98％。模擬結(jié)果與理論計(jì)算相對(duì)吻合。
　　通過在ZnS表面制備鎳膜退火形成鎳點(diǎn)（Ni）陣來作為掩膜，系統(tǒng)地研究了中間層厚度，鎳膜厚度，退火溫度及保溫時(shí)間對(duì)鎳點(diǎn)掩膜形成的形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鍍制硅膜作為中間層，退火后更容易形成鎳陣點(diǎn)；而鎳點(diǎn)顆粒大小在一定范圍內(nèi)與鎳膜厚度，退火溫度及保溫時(shí)間成正比。
　　采用電感耦合等離子體刻蝕（I

4、CP）制備硫化鋅表面亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，研究RF射頻功率，氣體比例以及工作氣壓對(duì)制備亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)高度的影響。發(fā)現(xiàn)亞波長(zhǎng)高度隨RF射頻功率和工作氣壓變化規(guī)律都是先增大后減小，而加入BCl3不利于亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)高度的增大，使用最佳刻蝕工藝參數(shù)可以制備出高度較大的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。
　　采用原子層沉積（ALD）在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)表面制備氧化鉿（HfO2）保護(hù)膜，對(duì)硫化鋅表面HfO2保護(hù)膜進(jìn)行納米硬度測(cè)試以及對(duì)硫化鋅表面亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行紅外透過率測(cè)試和潤(rùn)濕角測(cè)試，結(jié)