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在现代科学技术中,中红外光学簿膜应用越来越广泛,但其机械性能却不令人满意,主要原因是膜层存在较大的应力、膜层间的应力不匹配和附着力不好。影响薄膜应力和附着力的因素有薄膜的沉积方式、沉积的工艺条件以及沉积后的处理等等。
本文以改善中红外光学薄膜应力和附着力为目的,初步开展了中红外光学薄膜机械性能研究。主要内容包括:
(1),讨论了薄膜应力的形成原因及薄腊应力的类型,对常用的几种中红外薄膜的热应力进行了分析计算,探讨了薄膜内应力形成的一些机理,对单层和多层膜残余应力的计算进行了讨论,同时总结了薄膜应力测量方面的内容。
(2).讨沦了光学薄膜附着类型、附着机理、附着力测量方法、影响薄膜附着力的工艺因素以及改善附着力的方法。
(3).研究了在不同工艺条件下,各利中红外薄膜材料的单层膜的光学特性。利用基片和膜层的透过率,采用包络线法计算得到了各种薄膜的折射率及其厚度。
(4).研究了在不同工艺条件下,沉积在石英、Si和K<,9>基片上的各种中红外薄膜材料的单层膜和多层膜的机械特性,主要研究了其应力和附着力方面的特性。
(5).通过测量镀膜前后基片面形的改变量计算薄膜中应力的方法,利用Vecco干涉仪,首次在国内测量了YbF<,3>、BaF<,2>、PbF<,2>、YF3、Ybc、HfF<,4>、Zrl<,4>、ZnS 利ZnSe等红外薄膜材料的应力。氟化物薄膜表现出较大的张应力,从几十 Mpa到儿百MPa,但是BaI<,2>例外,BaF<,2>薄膜的应力比较小,只有几MPa。 ZNS簿膜为压应力,大约在200MP左右,ZnSe薄膜的应力比较复杂,有时候为张应力,有时候为压应力。
(6).研究了ZnS/YbF<,3>和ZnSe/YbF<,3>应力的匹配,利用单层膜的应力结果来计算多层膜的应力时,对于ZnS/YbF<,3>多层膜,计算值和测量值在30%的范围内相吻合,但是ZnSe/YbF<,3>多层膜则不吻合。
(7).采用直接拉离法,利用附着力测量仪,首次在国内定量测量出了薄膜的附着力。