基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方法，將藍寶石基底經過微結構化處理，表面形成周期性圓錐結構；以具有微結構的藍寶石為基底，采用反應磁控濺射在其表面制備氧化釔薄膜；濺射完成后，在340～400℃空氣中保溫退火1～2h。本發(fā)明將表面鍍膜與表面微結構化處理進行有機結合，即采用單層氧化釔薄膜與特定尺寸微結構相配合，提高藍寶石光學性能。選擇折射率高于藍寶石的氧化釔薄膜作為增透膜，采用合適的制備及退火工藝，獲得具有柱狀結構、立方相且無吸附氧的氧化釔薄膜，并調節(jié)薄膜厚度，低成本高效率地延伸微結構的優(yōu)勢。
【專利說明】
基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升 方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方法， 尤其涉及一種藍寶石表面處理方法及參數(shù)。
【背景技術】
[0002] 藍寶石具有優(yōu)良的力學性能、熱穩(wěn)定性和光學性能，是一種廣泛應用的材料。但 是，藍寶石折射率(~1.7)較空氣大得多，導致光線在藍寶石與空氣界面的反射率較大，嚴 重影響了藍寶石光學性能。目前，改善藍寶石光學性能的方法主要分兩類:一是表面鍍膜， 通常是多層膜;二是表面微結構化處理。表面鍍膜存在膜系選擇少、不同薄膜間匹配困難等 問題，而表面微結構化處理設計復雜。總之，在改善藍寶石光學性能方面仍有巨大發(fā)展空 間。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種提高藍寶石光學性能的方法，改善藍寶石光學性能，特 別是降低反射率，提高總透過率和衍射透過率。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案是：
[0005] 藍寶石首先經過微結構化處理，在其表面形成周期性圓錐結構；其次以具有微結 構表面的藍寶石為基底，采用反應磁控濺射在其表面制備氧化釔薄膜。
[0006] 周期性圓錐結構的參數(shù)為：圓錐高1.2~1.6wii、底面直徑2.4~3.Own、周期0.4~ 0?6um〇
[0007] 磁控濺射制備氧化釔薄膜的關鍵參數(shù)為：功率150~200W、濺射氣壓1~5Pa、氧氣 流量2~4sccm、氬氣流量20~40sccm。濺射完成后，在340~400°C空氣中保溫退火1~2h。
[0008] 控制濺射時間獲得氧化釔薄膜厚度為100~300nm。
[0009] 有益效果：
[0010] 本發(fā)明將表面鍍膜與表面微結構化處理進行有機結合，即采用單層氧化釔薄膜與 特定尺寸微結構相配合，取得更好的有益效果。選擇折射率高于藍寶石的氧化釔薄膜（~ 1.9)作為增透膜，采用合適的制備及退火工藝，獲得具有柱狀結構、立方相且無吸附氧的氧 化釔薄膜，并調節(jié)薄膜厚度，低成本高效率地延伸微結構的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0011] 圖1:采用本發(fā)明的方法處理的藍寶石的結構示意圖。
[0012] 圖中a:氧化釔薄膜、b:具有微結構表面的藍寶石。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0014] -種改善藍寶石光學性能的方法，包括步驟如下：
[0015] (1)將藍寶石基底經過微結構化處理，表面形成周期性圓錐結構;所述的周期性圓 錐結構的參數(shù)為:圓錐高1.2~1.6M1、底面直徑2.4~3.0_、周期0.4~0.6^11。
[0016] (2)以具有微結構的藍寶石為基底，采用磁控濺射反應在其表面制備氧化釔薄膜。 磁控濺射的參數(shù)為：功率150~200W、濺射氣壓1~5Pa、氧氣流量2~4sccm、氬氣流量20~ 40sccm。控制派射時間使獲得氧化紀薄膜厚度為100~300nm。
[0017] (3)濺射完成后，在340~400°C空氣中保溫退火1~2h。
[0018] 實施例1:
[0019 ] 圓錐底面直徑2 ? 6wn、周期0 ? 4wn，高分別為1 ? 2wn、1 ? 4WI1和1 ? 6_，氧化釔制備參 數(shù):功率150W、濺射氣壓2Pa、氧氣流量3sccm、氬氣流量30sccm，厚度為200nm、350°C空氣中 保溫退火2h。測的藍寶石在3~5mi中紅外波段的平均光學性能如表1所示。
[0020]表1不同微結構的高對藍寶石光學性能的影響
[0022] 實施例2:
[0023] 圓錐底面直徑2.6wii、周期0.4wii、高1.6wii，氧化釔制備參數(shù):功率150W、濺射氣壓 2Pa、氧氣流量3sccm、氬氣流量30sccm，350°C空氣中保溫退火2h，厚度為100、200和300nm， 測的藍寶石在3~5mi中紅外波段的平均光學性能如表2所示。
[0024]表2不同薄膜厚度對藍寶石光學性能的影響
[0026] 實施例3:
[0027] 圓錐底面直徑2.6wii、周期0.4wii、高1.6wii，氧化釔制備參數(shù):功率150W、濺射氣壓 1.0?3、3.(^3和5.(^3，氧氣流量38(^111、氬氣流量3〇8(^111，350°(：空氣中保溫退火211，厚度為 200nm，測的藍寶石在3~5mi中紅外波段的平均光學性能如表3所示。
[0028] 表3不同濺射氣壓對藍寶石光學性能的影響
[0030]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟 悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，依據(jù)本發(fā)明的技術實質，對以上實 施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍之 內。
【主權項】
1. 一種基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方法，其特征在于： 藍寶石首先經過微結構化處理，在其表面形成周期性圓錐結構；其次以具有微結構表面的 藍寶石為基底，采用反應磁控濺射在其表面制備氧化釔薄膜。2. 如權利要求1所述的基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方 法，其特征在于:周期性圓錐結構結構參數(shù)為：圓錐高1.2~1.6μπι、底面直徑2.4~3.0μπι、周 期0·4~0·6ym 〇3. 如權利要求1所述的基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方 法，其特征在于:磁控濺射的參數(shù)為:功率150~200W、濺射氣壓1~5Pa、氧氣流量2~4sccm、 氬氣流量20~40sccm〇4. 如權利要求3所述的基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方 法，其特征在于:磁控濺射完成后，在340~400°C空氣中保溫退火1~2h。5. 如權利要求1所述的基于微米級陣列結構和氧化釔薄膜的藍寶石光學性能提升方 法，其特征在于:氧化紀薄膜厚度為100~300nm。
【文檔編號】C23C14/08GK105821387SQ201610208023
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】姚正軍, 徐尚君, 周金堂, 方超
【申請人】南京航空航天大學