用于高反射镜子的增强、耐用银涂层堆叠的制作方法_2

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金属基材隔离,从而产生最佳电相容性。此外,还可设计 并使用不同材料的组合,W产生"阻隔堆叠",从而具有最小应力。例如,堆叠有高度拉伸应 力膜层的高度压缩应力膜层会相互抵消,导致零应力或最小应力。
[0026] 5. 6061-A1钻石车削的基材顶部上厚的Al层W及薄的阻隔层增加了整体堆叠对 于盐雾和延长的湿度环境的抗性。此外,可W将6061-A1基材的顶部上沉积的Al层视作其 自有权利的阻隔层,或者作为阻隔堆叠的第一层。此外,可W在沉积额外的层之前,对运些 厚度的层进行抛光。抛光会导致改进的表面质量,运是裸6061-A1基材所无法实现的。出 于该目的使用厚的Si〇2层是已知的(美国专利第6, 921,177号)。
[0027]如上所述,采用其他反射材料制备的镜子会具有类似的优点,但是光谱范围和反 射强度发生改变。
[0028] 阻隔层、第一和第二界面层、银层和调整层可W分别、独立地采用离子辅助进行沉 积。在一些实施方式中,没有使用离子辅助,或者仅对于部分的沉积过程使用了离子辅助。 在本文所掲示的所有实施方式中,采用离子辅助沉积保护层。但是,应理解的是,运些材料 也可使用其他工艺进行沉积并且会在0. 34-15ym的波长范围上良好运行,前提是所述其 他工艺对于所需特性是最优化的。校正条件下的离子辅助优化了化学计量和密度W及可能 的结构。例如,表2描述了用于制备具有本文所述的0. 34-15ym波长范围特性的镜子的一 些不同的技术。选择的技术取决于使用的材料和待实现的目标。
[002引表2:示例性材料和技术
[0030]

【附图说明】
[003。图IA显示相比于没有使用IAD制备的相同结构,Ag层的离子辅助沉积(AID)对 于基材/化N/Ag镜子在2小时盐雾(S巧测试之前和之后的性能的影响。
[0032] 图IB显示镜子暴露于盐雾2小时之后的表面劣化(箭头18所指示的暗点)的光 学显微图(放大倍数374X),其中银涂层的沉积没有IAD辅助。
[0033] 图IC是显示镜子暴露于盐雾2小时之后的表面劣化(箭头18所指示的暗点)的 光学显微图(放大倍数374X),其中银涂层的沉积具有IAD辅助,作为在银层沉积过程中使 用离子辅助的结果,劣化相对于图IB得到缓解。
[0034] 图2A是Ag/Cr/SisN*和Ag/Ni/Si3N4镜子在〇、4、6或10小时的盐雾佛)暴露之 后的反射率VS波长关系图;数字20和22分别是0和4小时SF暴露之后的含化镜子,W 及数字24、26和28是0、6和10小时SF暴露之后的含Ni镜子。
[0035] 图2B是镜子照片,显示电势差对于玻璃基材上的受控涂层堆叠的影响,堆叠分别 是4小时和5小时盐雾暴露之后的Ag/Cr/Si3N4(上方照片)和Ag/Ni/Si3N4(下方照片)。[003引图3显示对于大于100皿厚的AI2O3,约为10. 7 y m处的Al-O吸收带。
[0037] 图4分别是对于小于IOOnm厚的SisN*和Al2〇3薄膜,约为9. 1ym和10. 7ym处的 Si-N和Al-O的吸收带。
[0038] 图5A是部分堆叠图,显示当在覆盖了Ag层的Al2〇3第二界面层的顶部上放置SIsNa 的单层薄的保护层时反射率的下降,该图显示不仅仅是0. 5ym至0.8ym的反射率下降,还 向外至1.6ym。运不是由于分散性质的吸收部分化),而是由于折射率n和在堆叠设计中 匹配运些折射率。图5B显示理论堆叠并显示对材料进行调节是如何影响反射率的。
[0039] 图5B,作为在Al2〇3第二界面层的顶部上仅仅具有Si3N4的替代(所述Al2〇3第二 界面层在Ag层顶部上,如图5A),具有由SisNA-Si化-SisNA构成的S部分涂层,代替了图5A的单层SisNA层放置在Al2〇3层的顶部上,图5B显示要将保护层设计成不仅仅保护反射涂层 并使其更为耐用,还要优化或增强所需波长波段的反射率。
[0040] 图6A显示(仅)AgW及Ag-NbzOs和Ag化的吸收带,当运些材料的涂层厚度在Ag 层的顶部上>100皿时。
[0041] 图6B和6C显示实际堆叠的光学性能,该实际堆叠具有由 Ag-Al2〇3-YbF3-Nb2〇5-YbF3构成的反射层至最后层,其针对VIS-SWIR-MWIR-LWIR波段性能 进行设计,对佩2〇5层进行调节,W使得LWIR波段中的吸收最小化;Pol-Al表示"经抛光的 6061-A1 合金"。
[004引图7(从Ag层到最后层由Ag-Al203-孔Fs-NbzOs-孔Fs构成,基材是6061-AU是反射 率VS波长图,其显示在所需的MWIR和LWIR波段中使用高折射率材料(例如YFs),产生较 高的%R性能。
[0043] 图8A提供并显示在大于23小时的盐雾暴露之后的镜子、烙融二氧化娃基材,其具 有含阻隔层的EIDS涂层,显示在盐雾暴露之后没有可测得的性能变化;从基材S到顶层T 的构造是烙融二氧化娃,SisN*或CrN,Al2〇3,Ag,Al2〇3,孔Fs,佩2〇5,孔尸3。
[0044] 图8B提供并显示在大于23小时的盐雾暴露之后的镜子、6061-A1基材,其具有 EIDS涂层和厚的阻隔层;该图显示引起规格外的A图像和A溫度性能的可能性;从基材 S到顶层T的构造是6061-A1,超薄Ni阻隔,AI2O3,Ag,AI2O3,孔Fs,佩2〇5,孔尸3。
[0045] 图8C显示6小时盐雾测试之后的类似于图8B的镜子,不同之处在于镜子具有薄 的阻隔层;镜子显示在水平箭头的左侧的瑕疵和垂直箭头点上的污点。
[0046] 图8D显示镜子,W及对于形成在车削的6061侣上的完整堆叠的%RVS波 长的关系图,其在暴露于120小时的潮湿暴露Mi^C-48497 (3. 4. 1. 2),中等磨损 MU-C-48497(3. 4. 1. 3)W及粘附测试MU-C-48497(3. 4. 1. 1)之后,通过所有测试。
[0047] 图9是干设仪结果,显示钻石车削和抛光的6061-A1在涂覆之前的表面上的沉淀 峰或结节;采用邸S进行表征,鉴定为6061-A1合金中的杂质。运些大的沉淀产生非均匀表 面,运使得难W获得小于60Arms的表面精整,最佳结果约为30Arms,其获得也是具有难度 的。
[004引图IOA是本文所掲示的镜子的示意图,其包括:基材10,基材10上的阻隔层12,阻 隔层12的顶部上的第一界面层14,第一界面层14的顶部上的反射层16,反射层16的顶部 上的第二界面层18,第二界面层18的顶部上的至少一层调整层20W及调整层20的顶部上 的至少一层保护层22。
[004引图IOB是本文所掲示的镜子的示意图,其包括:基材10,基材10上的阻隔层12,阻 隔层12的顶部上的第一界面层14,第一界面层14的顶部上的反射层16,反射层16的顶部 上的第二界面层18,W及第二界面层18的顶部上的层24,该层24是组合的调整层20和保 护层22。
【具体实施方式】
[0050] 本文所用术语"高反射性"指的是至少在0. 4-15ym的波长范围至少95%的反射 系数的反射率。本文的表述"盐雾"也简称为"SF"。6061-A1侣基材或者其他金属基材, 是在施涂任意涂层材料之前经过钻石车削和抛光的。玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷基材在施涂任 意涂层之前经过研磨、娠磨和抛光。缩写"AOI"指的是入射角,单位是度,术语"pol"指的 是"经抛光的侣基材"。在本文所述的方法中,希望在涂层材料的沉积过程中,基材溫度最 小化。当使用6061-A1基材时,溫度应该低于6061-A1的热处理和应力释放溫度,其分别是 415°C和 350°C。
[0051]巧射房:
[005引由于多波段反射要求,从可见光(VI巧到长波红外(LWIR),0.40Jim向外至15Ji m, 对于反射层采用银的薄膜层。已知银具有通过运整个波长范围最低的发射系数、最低的偏 振分光W及最高的反射系数。
[0053] W下特性通用于许多多波段成像系统。
[0054] (1)银层必须具有最小厚度W获得最佳反射系数。文献中建议厚度约为150nm,取 决于用于沉积银的工艺。例如,银层厚度为135-175nm。
[00巧](2)用于沉积银层的工艺影响银层的耐用性。
[005引做图1A-1C显示银的离子辅助沉积(IAD)如何改善其化学耐用性。注意到在预 测试的IAD扫描的400nm范围存在一些反射损耗,运可能是由于俘获了用于轰击的气体原 子。
[0057] 在图1A-1C中,2小时暴露之后的盐雾测试结果,基材是二氧化娃玻璃,在玻璃的 顶部上具有化N阻隔层,在阻隔层的顶部上沉积银层。在银层的顶部上没有施加涂层。数字 10表示没有采用离子辅助将银层沉积到阻隔层的顶部上的制品,在沉积之后但是在盐雾测 试之前测量反射率。数字12表示暴露于盐雾2小时之后的数字10的制品。数字14表示 采用离子辅助将银沉积到阻隔层的顶部上的制品,在沉积之后但是在盐雾测试之前测量反 射率。数字16表示暴露于盐雾2小时之后的数字14的制品。附图清晰地表明在仅仅是2 小时的盐雾测试之后,没有离子辅助的银层的反射系数的劣化比具有离子辅助沉积的涂层 快得多。在图IB中,采用374X光学放大倍数,箭头所指示的暗"点"是在银涂层表面上发 生的腐蚀。在图IC中,腐蚀点少得多,并且它们小得多,表明在银反射层的沉积过程中的离 子辅助的明显优势。
[0058] 附隔房
[0059] 由于6061-A1是用于运些应用的基材材料(但是,也可使用其他轻量化、钻石机 械加工的合金、二氧化娃、烙融二氧化娃和F渗杂的二氧化娃),在银层和基材之间必须使 用阻隔层,或者Al层沉积到任意前述基材上,W产生电相容性。对于预期
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