论文摘要：新型红外Ge1-xCx膜的性能研究

Ge1-xCx是一种新型的红外材料。一般红外导弹头罩用硫化锌材料，因为硫化锌ZnS所具有的一系列优异性能，是目前作为3～5μm和8～12μm红外窗口与导弹头罩的主要材料，但其强度、硬度不高而且较脆，随着飞行器的速度越来越高，服役条件越来越苛刻，这些窗口和头罩性能已经不能满足使用要求，需要镀制增透膜和保护膜以获得具有良好的光机性能的红外光学材料，该材料要具有优良的物理、化学性能，并且与ZnS附着良好，提高ZnS的耐高温、耐磨损、耐雨蚀等性能。Ge1-xCx薄膜是一种高耐久性的新型红外镀膜材料，有低的吸收系数和低应力，与大多数衬底附着良好。另外，折射率可以随组分中x值不同可在1.9～4之间变化，有利于多层膜的设计和制备。在本实验室已有的研究基础上进一步对其光学性能、力学性能、耐腐蚀能进行研究，对这一新型红外薄膜材料应用于红外技术和航空航天技术领域有重要意义。本文以99.999%的GeH4和CH4为工作气体，采用PECVD方法制备Ge1-xCx薄膜，对其性能进行研究。首先,研究了不同气体流量比条件下薄膜的微结构、红外透过率、折射率以及高温退火处理对其的影响，结果表明Ge1-xCx薄膜为非晶态薄膜，高温处理不影响薄膜的结构，说明薄膜结构稳定，在高温下不会因为结构改变而影响其性能。另外，薄膜的红外透过率虽薄膜中锗含量的增加而降低，在11～13μm之间存在Ge吸收，退火处理使得薄膜的红外透过率降低。其次,研究了主要工艺参数对薄膜与衬底附着力以及薄膜的耐蚀性的影响，结合薄膜的光学、力学、耐腐蚀性能得到薄膜的最佳沉积工艺：本底真空3×10-3，极板间距28mm，工作气压87pa，射频功率60W，直流负偏压100V，衬底温度 80℃。再次，研究了不同Ge含量的Ge1-xCx薄膜的纳米硬度和内应力。结果表明随着薄膜中Ge含量的增加薄膜的纳米硬度和内应力都降低。最后，根据光学薄膜理论进行多层膜的设计，并在ZnS衬底上实施沉积。结果表明制备的四层膜平均透过率82%，薄膜与衬底的附着力43.61N，耐高低温冲击，耐盐雾腐蚀。