低温沉积红外防护Ge 1-x C x /C薄膜结构、性能及其应用研究
发布时间：2022-02-18 07:57
红外防护增透膜可以有效提高红外窗口抵抗沙尘、雨水、化学腐蚀等环境因素侵蚀的能力,延长红外窗口的使用寿命;能提高红外窗口的红外透过率,优化红外热成像系统的成像效果。而传统红外防护增透膜存在沉积温度高、膜层应力大等问题,限制了该类膜系在不耐高温、高膨胀硫系玻璃基体表面的应用。论文针对射频磁控溅射法低温沉积红外防护Ge1-xCx/C膜的结构、性能及其在As40Se60硫系玻璃表面的应用展开研究工作:1、研究了甲烷气体流量（0～20 sccm）对无定形碳膜结构和性能的影响规律。无定型碳膜沉积温度低于115℃。甲烷分子离化产生的含氢活性离子将C-C sp2团簇中的芳香环结构转变为烯链结构,将无定形碳膜由类金刚石膜（Diamond-like carbon,DLC）结构转变为高含氢（40～50%）类石墨无定形碳膜（Highly hydrogenated graphite-like amorphous carbon,GLCHH）结构。单层GLCHH薄膜可以将As40Se60硫系玻璃基体长波红外波段（8～12μm）的平均透过率由62.51...
【文章来源】：中国建筑材料科学研究总院北京市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 红外Ge_(1-x)C_x/C膜概述
1.2.1 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的结构
1.2.2 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的力学性能
1.2.3 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的光学性能
1.3 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的制备方法
1.3.1 磁控溅射法
1.3.2 离子束溅射法
1.3.3 PECVD法
1.3.4 End-Hall源法
1.3.5 脉冲激光沉积法
1.3.6 磁过滤阴极真空弧法
1.4 本文的研究目的及主要研究内容
第2章 薄膜的制备和性能表征
2.1 引言
2.2 薄膜制备
2.2.1 实验设备
2.2.2 工艺参数
2.2.3 工艺流程
2.3 薄膜测试与表征
2.3.1 薄膜结构表征
2.3.2 薄膜力学性能测试
2.3.3 薄膜光学性能测试
2.4 本章小节
第3章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的结构分析
3.1 引言
3.2 薄膜沉积温度
3.2.1 甲烷气体流量对碳膜沉积温度的影响
3.2.2 溅射功率对碳化锗膜沉积温度的影响
3.2.3 Ge含量对碳化锗膜沉积温度的影响
3.3 薄膜沉积速率和负偏压
3.3.1 甲烷气体流量对碳膜沉积速率和负偏压的影响
3.3.2 溅射功率对碳化锗膜沉积速率和负偏压的影响
3.3.3 Ge含量对碳化锗膜沉积速率和负偏压的影响
3.3.4 溅射功率对热压烧结Ge-C靶制备的碳化锗膜沉积速率的影响
3.4 薄膜横截面形貌
3.4.1 甲烷气体流量对碳膜横截面形貌的影响
3.4.2 溅射功率对碳化锗膜横截面形貌的影响
3.4.3 Ge含量对碳化锗薄膜横截面形貌的影响
3.5 薄膜成分
3.5.1 XPS半定量成分分析
3.5.2 溅射功率对碳化锗膜成分的影响
3.5.3 Ge靶直径对碳化锗膜成分的影响
3.5.4 溅射功率对热压烧结Ge-C靶沉积的碳化锗膜成分的影响
3.6 薄膜结构转变机制分析
3.6.1 Raman光谱分析
3.6.2 XPS光电子谱分析
3.6.3 XRD结构分析
3.7 本章小节
第4章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的光学性能研究
4.1 引言
4.2 红外光学性能
4.2.1 光学常数测试原理
4.2.2 甲烷气体流量对碳膜红外光学性能的影响
4.2.3 溅射功率对碳化锗膜红外光学性能的影响
4.2.4 Ge含量对碳化锗膜红外光学性能的影响
4.2.5 靶材种类对碳化锗膜红外光学性能的影响
4.3 碳膜的可见光光学性能和光学带隙
4.4 本章小节
第5章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的力学性能研究
5.1 引言
5.2 纳米硬度和弹性模量
5.2.1 硬度和弹性模量
5.2.2 甲烷气体流量对碳膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.2.3 溅射功率对碳化锗膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.2.4 Ge含量对碳化锗膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.2.5 溅射功率对热压烧结Ge-C靶沉积的碳化锗膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.3 残余应力
5.3.1 薄膜残余应力产生机理
5.3.2 甲烷气体流量对碳膜残余应力的影响
5.3.3 溅射功率对碳化锗膜残余应力的影响
5.3.4 热压烧结Ge-C靶沉积碳化锗膜的残余应力
5.4 本章小节
第6章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜在As_(40)Se_(60) 硫系玻璃表面的应用研究
6.1 引言
6.2 膜系设计
6.3 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的实际应用
6.3.1 在中波红外波段的应用
6.3.2 在长波红外波段的应用
6.3.3 高增透红外防护Ge_(1-x)C_x/C膜的应用
6.4 本章小节
结论与展望
1.结论
2.展望
参考文献
攻读博士学位期间的科研成果及所获奖励
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子束溅射法制备碳化锗薄膜的红外光学特性和力学特性（英文）[J]. 孙鹏,胡明,张锋,季一勤,刘华松,刘丹丹,冷健,杨明,李钰. 红外与毫米波学报. 2016(02)
[2]硫化锌基底硬质红外保护薄膜技术研究[J]. 张天行,李钱陶,何光宗,熊长新. 光学与光电技术. 2015(03)
[3]ZnS基底沉积类金刚石薄膜研究[J]. 黄光伟,谢启明,李向东,白杨. 新技术新工艺. 2014(06)
[4]霍尔离子源辅助制备长波红外碳化锗增透膜[J]. 王彤彤. 发光学报. 2013(03)
[5]用于红外光学窗口的多层保护膜[J]. 刘士军,李钱陶,熊长新,杨长城. 红外与激光工程. 2013(01)
[6]大面积头罩上类金刚石薄膜均匀性研究[J]. 付秀华,杨永亮,刘国军,李琳,潘永刚,Ewan Waddell. 红外与激光工程. 2013(01)
[7]射频功率和衬底温度对碳化锗膜中sp3杂化碳原子的影响[J]. 王笑夷,高劲松,陈红,王彤彤,申振峰,郑宣鸣. 红外与激光工程. 2012(08)
[8]硫系玻璃及其在红外光学系统中的应用[J]. 戴世勋,陈惠广,李茂忠,姜杰,徐铁峰,聂秋华. 红外与激光工程. 2012(04)
[9]硒化锌基底2～16μm超宽带硬质红外增透膜的研制[J]. 潘永强,杭凌侠,梁海锋,田刚. 光学学报. 2010(04)
[10]硫系玻璃在红外成像系统应用进展[J]. 骆守俊,黄富元,詹道教,王猛. 激光与红外. 2010(01)
博士论文
[1]叠层太阳能电池吸收层Ge1-xCx薄膜的制备与性能[D]. 车兴森.西北工业大学 2014
[2]磁控共溅射制备无氢碳化锗薄膜的结构和性能研究[D]. 姜春竹.哈尔滨工业大学 2012
[3]红外薄膜系统的设计和制备[D]. 王立无.四川大学 2007
硕士论文
[1]含氮和无氮的碳化锗薄膜键合结构和性质研究[D]. 田源.吉林大学 2016
本文编号：3630498
【文章来源】：中国建筑材料科学研究总院北京市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 红外Ge_(1-x)C_x/C膜概述
1.2.1 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的结构
1.2.2 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的力学性能
1.2.3 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的光学性能
1.3 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的制备方法
1.3.1 磁控溅射法
1.3.2 离子束溅射法
1.3.3 PECVD法
1.3.4 End-Hall源法
1.3.5 脉冲激光沉积法
1.3.6 磁过滤阴极真空弧法
1.4 本文的研究目的及主要研究内容
第2章 薄膜的制备和性能表征
2.1 引言
2.2 薄膜制备
2.2.1 实验设备
2.2.2 工艺参数
2.2.3 工艺流程
2.3 薄膜测试与表征
2.3.1 薄膜结构表征
2.3.2 薄膜力学性能测试
2.3.3 薄膜光学性能测试
2.4 本章小节
第3章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的结构分析
3.1 引言
3.2 薄膜沉积温度
3.2.1 甲烷气体流量对碳膜沉积温度的影响
3.2.2 溅射功率对碳化锗膜沉积温度的影响
3.2.3 Ge含量对碳化锗膜沉积温度的影响
3.3 薄膜沉积速率和负偏压
3.3.1 甲烷气体流量对碳膜沉积速率和负偏压的影响
3.3.2 溅射功率对碳化锗膜沉积速率和负偏压的影响
3.3.3 Ge含量对碳化锗膜沉积速率和负偏压的影响
3.3.4 溅射功率对热压烧结Ge-C靶制备的碳化锗膜沉积速率的影响
3.4 薄膜横截面形貌
3.4.1 甲烷气体流量对碳膜横截面形貌的影响
3.4.2 溅射功率对碳化锗膜横截面形貌的影响
3.4.3 Ge含量对碳化锗薄膜横截面形貌的影响
3.5 薄膜成分
3.5.1 XPS半定量成分分析
3.5.2 溅射功率对碳化锗膜成分的影响
3.5.3 Ge靶直径对碳化锗膜成分的影响
3.5.4 溅射功率对热压烧结Ge-C靶沉积的碳化锗膜成分的影响
3.6 薄膜结构转变机制分析
3.6.1 Raman光谱分析
3.6.2 XPS光电子谱分析
3.6.3 XRD结构分析
3.7 本章小节
第4章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的光学性能研究
4.1 引言
4.2 红外光学性能
4.2.1 光学常数测试原理
4.2.2 甲烷气体流量对碳膜红外光学性能的影响
4.2.3 溅射功率对碳化锗膜红外光学性能的影响
4.2.4 Ge含量对碳化锗膜红外光学性能的影响
4.2.5 靶材种类对碳化锗膜红外光学性能的影响
4.3 碳膜的可见光光学性能和光学带隙
4.4 本章小节
第5章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的力学性能研究
5.1 引言
5.2 纳米硬度和弹性模量
5.2.1 硬度和弹性模量
5.2.2 甲烷气体流量对碳膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.2.3 溅射功率对碳化锗膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.2.4 Ge含量对碳化锗膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.2.5 溅射功率对热压烧结Ge-C靶沉积的碳化锗膜纳米硬度和弹性模量的影响
5.3 残余应力
5.3.1 薄膜残余应力产生机理
5.3.2 甲烷气体流量对碳膜残余应力的影响
5.3.3 溅射功率对碳化锗膜残余应力的影响
5.3.4 热压烧结Ge-C靶沉积碳化锗膜的残余应力
5.4 本章小节
第6章 红外Ge_(1-x)C_x/C膜在As_(40)Se_(60) 硫系玻璃表面的应用研究
6.1 引言
6.2 膜系设计
6.3 红外Ge_(1-x)C_x/C膜的实际应用
6.3.1 在中波红外波段的应用
6.3.2 在长波红外波段的应用
6.3.3 高增透红外防护Ge_(1-x)C_x/C膜的应用
6.4 本章小节
结论与展望
1.结论
2.展望
参考文献
攻读博士学位期间的科研成果及所获奖励
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子束溅射法制备碳化锗薄膜的红外光学特性和力学特性（英文）[J]. 孙鹏,胡明,张锋,季一勤,刘华松,刘丹丹,冷健,杨明,李钰. 红外与毫米波学报. 2016(02)
[2]硫化锌基底硬质红外保护薄膜技术研究[J]. 张天行,李钱陶,何光宗,熊长新. 光学与光电技术. 2015(03)
[3]ZnS基底沉积类金刚石薄膜研究[J]. 黄光伟,谢启明,李向东,白杨. 新技术新工艺. 2014(06)
[4]霍尔离子源辅助制备长波红外碳化锗增透膜[J]. 王彤彤. 发光学报. 2013(03)
[5]用于红外光学窗口的多层保护膜[J]. 刘士军,李钱陶,熊长新,杨长城. 红外与激光工程. 2013(01)
[6]大面积头罩上类金刚石薄膜均匀性研究[J]. 付秀华,杨永亮,刘国军,李琳,潘永刚,Ewan Waddell. 红外与激光工程. 2013(01)
[7]射频功率和衬底温度对碳化锗膜中sp3杂化碳原子的影响[J]. 王笑夷,高劲松,陈红,王彤彤,申振峰,郑宣鸣. 红外与激光工程. 2012(08)
[8]硫系玻璃及其在红外光学系统中的应用[J]. 戴世勋,陈惠广,李茂忠,姜杰,徐铁峰,聂秋华. 红外与激光工程. 2012(04)
[9]硒化锌基底2～16μm超宽带硬质红外增透膜的研制[J]. 潘永强,杭凌侠,梁海锋,田刚. 光学学报. 2010(04)
[10]硫系玻璃在红外成像系统应用进展[J]. 骆守俊,黄富元,詹道教,王猛. 激光与红外. 2010(01)
博士论文
[1]叠层太阳能电池吸收层Ge1-xCx薄膜的制备与性能[D]. 车兴森.西北工业大学 2014
[2]磁控共溅射制备无氢碳化锗薄膜的结构和性能研究[D]. 姜春竹.哈尔滨工业大学 2012
[3]红外薄膜系统的设计和制备[D]. 王立无.四川大学 2007
硕士论文
[1]含氮和无氮的碳化锗薄膜键合结构和性质研究[D]. 田源.吉林大学 2016
本文编号：3630498
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3630498.html
