专利名称：氧化铪或氧化锆镀层的制作方法
氧化铪或氧化锆镀层本发明涉及根据权利要求1的上位概念的由含铪或锆的氧化物组成的镀层。本发明还涉及具有含铪或锆氧化物组成的镀层的光学元件，和用于制造镀层或光学元件的方法。应用氧化铪或氧化锆作为用于光学元件的镀层材料是已知的。例如，氧化铪相对于其它镀层材料显示出在可见光光谱范围(在λ = 550η时η = 2. 08)和紫外光范围(当 λ = 250nm时η = 2· 35)的高折射率，以及其(当λ = 220nm时，自吸收端的)在可见光光谱和紫外光范围内的高透明度。因此，氧化铪作为镀层材料应用尤其适用于具有低反射率和高透射性的光学组件，诸如用于镜子，例如激光镜。氧化锆有类似的特性。借助离子束溅射制备氧化铪和氧化锆镀层是已知的。用这种方法可以制造具有低吸收和散射的高质量镀层，虽然仅以< 0. lnm/s的相对低的生长率实现沉积。此外，借助离子束溅射沉积的镀层具有高的内应力(> 1000MPa)。此外，已知通过磁控管溅射沉积氧化铪和氧化锆镀层。该方法虽然实现了> 0. 4nm/s的高生长率，但是生成的镀层就吸收和散射而言仅显示一般的质量，并且还具有1000至2000MPa的高内应力。由此上述两种方法都生成具有高内应力的镀层。通过这样的高内应力形成的力——分别根据基片材料——会导致基片表面变形，并由此导致损害经镀层的光学元件的光学特性。另外，高内应力会损害或不损害基片材料的镀层脱落。从DE 689 28 474 T2中已知一种无定形氧化膜，其含有硅和至少一种选自Zr、 Ti、Hf、Sn、Ta和h的金属。这种氧化膜应该具有出色的抗划性、耐磨性和化学耐久性。因此其用于需要高耐久性的对象表面，例如作为保护层用于保温杯上。此外，它可以作为漫射阻碍用于薄板玻璃。由此在DE 68928 474 T2中描述的用途显示一种会在可见光范围具有高透光性的镀层；该文章没有阐述其在紫外光范围的特性。因此本发明的任务是，提供一种从可见光至近紫外光范围(即至波长230nm)光谱范围中，具有尽可能高的折射率以及良好的光学特性(特别是低吸收和散射)和尽可能低的内应力的镀层。此外，本发明的任务还有，这种镀层以及设置了这种镀层的光学元件，和提出制备这种镀层的方法。所述任务将通过独立权利要求的特征来实现。有利的方案是从属权利要求的主题。下面仅仔细研究根据本发明的具有氧化铪以及硅的混合物(HfxSiyOz)的镀层。相同的理论适用于具有氧化锆以及硅的混合物(ZrxSiyOz)的镀层，因此不再赘述。于是，镀层由氧化铪以及硅的混合物以lat-%至lOat-%的量组成，其中，at-% 是指一种元素量的比例在总量中的原子百分比。氧化铪在可见光至近紫外光光谱范围内具有η > 2高折射率。所述硅的混合物降低折射率，因此应该降低该硅的混合物的量。然而令人惊讶的是，这种少量的硅的混合物已经足可以使镀层的内应力显著地降低。优选地，所述镀层具有0含量为65at-%至68at-%，且使得镀层直至紫外光范围仅有微小的光学损失。
此外还显示的是，通过少量的硅的混合物可以改进氧化铪层的光学特性在硅含量为lat%至3at%时，HfxSiyOz镀层比纯氧化铪具有更低的吸收。优选地，根据本发明的镀层具有lOOMI^a至SOOMPa的内层应力(压应力)，其中，
优选的在波长^Onm时折射率大于1. 9，和/或在波长M2nm时具有消光率@的值小于 3*10_3，其中，优选地Si含量为优选地，内层应力小于300MPa。在此消光率
权利要求
1.一种由含有铪或锆的氧化物组成的镀层(3，3’)，其特征在于，所述含有铪或锆的氧化物的硅含量(y)为lat-%至10at-%，特别是1. 5at-%M 3at-%0
2.根据权利要求1所述的镀层(3，3’)，其特征在于，所述镀层(3，3')具有以65at-% 至68at_%氧含量(ζ)和以lat-%至10at-%硅含量(y)为组分的HfxSiyOz或&xSiy0z。
3.根据权利要求2所述的镀层(3，3’)，其特征在于，所述镀层(3，3’)具有组分 HfsSiyO66 7 或 ZrjiSiyO66 66。
4.根据权利要求3所述的镀层(3，3’)，其特征在于，所述镀层(3，3’)具有组分 7r Si Oz^1 30. 83012. 5W66. 66°
5.一种具有基片(2)和涂镀在基片(2)上的由含有铪或锆的氧化物(HfxSiyOz或 ZrxSiyOz)组成的镀层C3)的光学元件(1)，其特征在于，所述含有铪或锆的氧化物(HfxSiyOz 或 ZrxSiyOz)的硅含量(y)为 lat-%至 10at-%，特别是 1. 5at-%M 3at-%0
6.根据权利要求5所述的光学元件(1)，其特征在于，所述氧含量(ζ)为至 68at-%。
7.一种具有基片(2)和涂镀在基片(2)上的多层系统(5)的光学元件(1’)，其中所述多层系统(5)包括至少一层由含有铪或锆的氧化物(HfxSiyOz或^xSiyOz)组成的镀层 (3’)，其特征在于，所述含有铪或锆的氧化物(HfxSiyOz或^xSiyOz)的硅含量(y)为lat-% 至 10at-%o
8.根据权利要求7所述的光学元件(1)，其特征在于，所述氧含量(ζ)为至 68at-%。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的光学元件(1，1’)，其特征在于，所述基片(2)由石英组成。
10.根据上述权利要求中任一项所述的光学元件(1，1’)，其特征在于，所述镀层(3)或可能的多层系统的层的应力小于800MPa，优选地小于300MPa，更优选地小于lOOMPa。
11.一种制备根据权利要求1至4中任一项所述的镀层的方法，其特征在于，借助磁控管溅射来制备所述由含有铪或锆的氧化物(HfxSiyOz或^xSiyOz)组成的镀层(3)。
12.—种制备根据权利要求5至10中任一项所述的光学元件(1，1’)的方法，其特征在于，将所述由含有铪或锆的氧化物(HfxSiyOz或^xSiyOz)组成的镀层C3)借助磁控管溅射涂镀于基片(2)上。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，镀层(3)的制备是借助肚或& 以及Si的反应的共磁控管溅射来实现的。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，镀层(3)的制备是借助HfSi或 ZrSi以及Si的反应的共磁控管溅射来实现的。
15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，镀层(3)的制备是借助HfxSiyOz 或^xSiyOz以及Si反应的共磁控管溅射来实现的。
16.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，镀层(3)的制备是在使用含有Hf 或&以及Si的化合物靶的情况下借助反应的共磁控管溅射来实现的。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，镀层(3)的制备在在使用导电的 HfxSiyOz或^xSiyOz化合物靶的情况下借助部分反应的共磁控管溅射来实现的。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应的或部分反应的磁控管溅射伴随反应的原位等离子体处理进行。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其特征在于，硅含量以这样的方式来设定，以使镀层C3)在具有低层应力和高折射率的同时，具有最小消光率。
20.根据权利要求5至10中任一项所述的光学元件(1)的用途，其特征在于，所述光学元件(1)作为激光镜使用。
21.根据权利要求5至10中任一项所述的光学元件(1)的用途，其特征在于，所述光学元件(1)作为截止滤光片使用。
全文摘要
本发明涉及光学镀层(3，3’)，所述镀层在可见光区至近紫外光区(即，直到220nm的波长)的光谱范围内具有高折射率和良好的光学特性(即，低吸收和散射)以及低的内应力。根据本发明的镀层(3，31)由含有铪或锆的氧化物HfxSiyOz或ZrxSiyOz组成，其硅含量(y)为1at-％至10at-％，特别地为1.5at-％至3at-％。
文档编号C23C14/08GK102264940SQ200980152495
公开日2011年11月30日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年10月31日
发明者M·谢勒 申请人:莱博德光学有限责任公司