一种中红外透过滤光片及其制备方法
技术领域
本发明属于镀膜技术领域，具体涉及一种中红外透过滤光片及其制备方法。
背景技术
从光学薄膜角度看，带通滤光片是对某一波段具有高的透射率，同时对其两侧波段高度截止。中红外带通滤光片是在中红外波段范围内，在中心波长处具有高的透射率，在其余波段高度截止。中红外带通滤光片主要应用于红外多光谱探测系统，其对膜层厚度、膜层的牢固度、光学特性都有极高的要求，但目前可控选择的红外膜料品种很少，同时存在制备难度大的问题。
目前手机等电子产品的摄像头接收器模组中，亟需一种满足以下要求的滤光片：
(1)在1300-1400nm谱段具有高透过率；
(2)在350-1280nm谱段、1420-1800nm谱段具有抑制光信号的作用，以减少信号噪声的影响；
(3)在低温(-40℃)、高温(+85℃)、高湿(90％)及冷热循环变化的环境长时间放置后仍然可以使用。
(4)基底厚度小(≤0.3mm)，以满足模组整体结构的微型化要求。
(5)在轻微外力反复摩擦(压力<5N)下，膜层无损伤。
(6)在酒精乙醚混合液(酒精:乙醚＝1:2)轻微反复擦拭下，膜层无损伤。
(7)在高温纯水(>95℃)里浸泡2小时以上，拉膜(使用CT-18胶带)后膜层无脱落。发明专利CN201010234004.8公开了一种中红外带通滤光片及其制备方法，并具体公开了滤光片包括在基底上设置长波通膜系和带通滤光膜系，所述长波通膜系包括锗膜层和氧化硅膜层，所述带通滤光膜系包括氧化钛膜层、锗膜层和氧化硅膜层。该滤光片在3.0～5.0μm波段，在中心波长3.80±0.01μm、4.00±0.01μm、4.50±0.01μm和4.70±0.01μm的主峰处，峰值透射率T≥90％，除中心波长的主峰外，其余波长完全截止。该滤光片不适用于上述摄像头接收器模组。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种中红外透过滤光片及其制备方法，在1300-1400nm谱段具有高透过率，同时在350-1280nm谱段、1420-1800nm谱段截止。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种中红外透过滤光片，包括玻璃基底、设于玻璃基底一侧的窄带通膜系、以及设于玻璃基底另一侧的长波通膜系；所述窄带通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层；所述长波通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层。
本发明滤光片达到优良技术指标：在1300-1400nm谱段具有≥90％的高透过率，同时在350-1280nm谱段、1420-1800nm谱段截止，截止区域内平均透过率＜0.01％，可大大改进该谱段滤光片的通带及截止带的特性，满足摄像头接收器模组的使用要求。
作为优选，所述氢氧化硅/氮氢化硅膜层或所述氧化硅膜层的基本厚度为窄带通膜系光学厚度中心波长的四分之一。
作为优选，所述窄带通膜系光学厚度中心波长为1350nm。
作为优选，所述长波通膜系和所述窄带通膜系均通过磁控溅射方法镀膜完成。
作为优选，所述窄带通膜系结构为(HL2HLHL)^5，中心波长为1350nm，H层为氢氧化硅/氮氢化硅层，H表示氢氧化硅/氮氢化硅厚度为1个基本厚度，L层为氧化硅层，L表示氧化硅厚度为1个基本厚度，5为基本膜堆(HL2HLHL)的周期数。
作为优选，所述长波通膜系结构为0.8(0.5HL0.5H)^8+1.15(0.5HL0.5H)^8，过渡带中心波长为1225nm，H层为氢氧化硅/氮氢化硅层，0.5H表示氢氧化硅/氮氢化硅厚度为0.5个基本厚度，L层为氧化硅层，L表示氧化硅厚度为1个基本厚度，8为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数。
一种中红外透过滤光片制备方法，在真空溅射镀膜机中实现，方法包括：
步骤S01，将玻璃基底放入低真空腔室中并抽真空；
步骤S02，将玻璃基底放入高真空腔室中并抽真空；
步骤S03，用射频源发出的等离子体轰击玻璃基底表面；
步骤S04，采用磁控溅射方法在玻璃基底一侧沉积窄带通膜系，所述窄带通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层；
步骤S05，采用磁控溅射方法在玻璃基底另一侧沉积长波通膜系，所述长波通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层；
步骤S06，将玻璃基底自然冷却至室温，得到中红外透过滤光片。
本发明方法简单，通过选择适当的制备材料和条件可获得本发明所述的滤光片。
作为优选，所述步骤S04包括：
步骤S41，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；
步骤S42，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-500sccm；
步骤S43，按此方式循环步骤S41-S42直到最后第二层；
步骤S44，最后一层进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积。
作为优选，所述步骤S05包括：
步骤S51，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；
步骤S52，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-500sccm；
步骤S53，按此方式循环步骤S51-S52直到最后一层。
作为优选，制备的中红外透过滤光片在1300-1400nm谱段具有高透过率，在350-1280nm谱段、1420-1800nm谱段截止。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种中红外透过滤光片及其制备方法：
1.滤光片达到优良技术指标：在1300-1400nm谱段具有≥90％的高透过率，同时在350-1280nm谱段、1420-1800nm谱段截止，截止区域内平均透过率＜0.01％，可大大改进该谱段滤光片的通带及截止带的特性，满足摄像头接收器模组的使用要求；
2.所述滤光片采用高折射率的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和低折射率的氧化硅膜层交替叠加组成，膜层数较少，膜层厚度能够满足在超薄基底(厚度为0.3mm以下)两个表面上的镀制要求，所述滤光片满足低温(-40℃)、高温(+85℃)、高湿(90％)环境下工作等使用要求；
3.制备方法相对简单，采用溅射镀膜机镀制。
附图说明
图1为本发明一种中红外透过滤光片制备方法的流程图；
图2为本发明一种中红外透过滤光片的窄带通膜系的理论透射光谱图；
图3为本发明一种中红外透过滤光片的长波通膜系的理论透射光谱图；
图4为对本发明一种中红外透过滤光片进行性能测试后的光谱图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明一种中红外透过滤光片包括玻璃基底、设于玻璃基底一侧的窄带通膜系、以及设于玻璃基底另一侧的长波通膜系。所述窄带通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层；所述长波通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层。
所述玻璃基底的厚度小于≤0.3mm，基底的平行度＜30度。所述玻璃基底的材质包括玻璃、石英、蓝宝石或硅酸盐光学玻璃。
所述窄带通膜系可通过磁控溅射方法镀膜完成，利用现有的真空溅射镀膜机实现。所述窄带通膜系的膜系结构为(HL2HLHL)^5，中心波长为1350nm，H层为氢氧化硅/氮氢化硅层，H表示氢氧化硅/氮氢化硅厚度为1个基本厚度，L层为氧化硅层，L表示氧化硅厚度为1个基本厚度，5为基本膜堆(HL2HLHL)的周期数。
所述长波通膜系可通过磁控溅射方法镀膜完成，利用现有的真空溅射镀膜机实现。所述长波通膜系的膜系结构为0.8(0.5HL0.5H)^8+1.15(0.5HL0.5H)^8，过渡带中心波长为1225nm，H层为氢氧化硅/氮氢化硅层，0.5H表示氢氧化硅/氮氢化硅厚度为0.5个基本厚度，L层为氧化硅层，L表示氧化硅厚度为1个基本厚度，8为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数。
所述基本厚度为窄带通膜系光学厚度中心波长的四分之一。
优选的，采用Macleod软件对所述窄带通膜系的结构进行优化，得到的窄带通膜系，如表一所示；其中层数为1的膜层沉积在玻璃基底上，为窄带通膜系的最内层；层数为30的膜层为窄带通膜系的最外层。
表一窄带通膜系的参数表
优选的，采用Macleod软件对所述长波通膜系的结构进行优化，得到的长波通膜系，如表二所示；其中层数为1的膜层沉积在玻璃基底上，为长波通膜系的最内层；层数为34的膜层为长波通膜系的最外层。
表二长波通膜系的参数表
如图1，本发明提出一种中红外透过滤光片制备方法，可用于制备上述中红外透过滤光片。该方法在真空溅射镀膜机中实现。方法包括：
步骤S01，将玻璃基底放入低真空腔室中并抽真空；
步骤S02，将玻璃基底放入高真空腔室中并抽真空；
步骤S03，用射频源发出的等离子体轰击玻璃基底表面；
步骤S04，采用磁控溅射方法在玻璃基底一侧沉积窄带通膜系，所述窄带通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层；
步骤S05，采用磁控溅射方法在玻璃基底另一侧沉积长波通膜系，所述长波通膜系包括逐层交替沉积的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层；
步骤S06，将玻璃基底自然冷却至室温，得到中红外透过滤光片。
所述步骤S01具体包括：将清洗干净的玻璃基底(厚度<0.3mm)放入清洁的低真空腔室中并抽真空至5.0E-0Pa。
所述步骤S02具体包括：将玻璃基底搬入高真空腔室中并抽真空至7.0E-04pa。
所述步骤S03具体包括：用射频源发出的等离子体轰击基片表面1min，射频源功率为3kw，射频源工作气体为Ar，气体流量为50-800sccm。靶材气体为Ar，气体流量为每对靶材50-800sccm。
所述步骤S04包括：
步骤S41，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；
步骤S42，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-500sccm；
步骤S43，按此方式循环步骤S41-S42直到最后第二层；
步骤S44，最后一层进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积。
具体地，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3-0.5nm/s，氧化硅的溅射速率为0.5-1.1nm/s；靶材采用99.99％纯度的硅靶，靶材功率为5-10kw，靶材的工作气体为Ar，其中Ar的气体流量为50-800sccm；其中2组射频氧化源工作，每组射频氧化源的功率为0.5-4.5kw，射频氧化源的工作气体为Ar、H2、O2/N2。在此条件下，真空溅射镀膜机按照步骤S41-S43进行逐层沉积镀膜。其中，氢氧化硅/氮氢化硅Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；氧化硅的Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-300sccm。
所述步骤S05包括：
步骤S51，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；
步骤S52，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，工作气体Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-500sccm；
步骤S53，按此方式循环步骤S51-S52直到最后一层。
具体地，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3-0.5nm/s，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.5-1.1nm/s；靶材采用99.99％纯度的硅靶，靶材功率为5-10kw，靶材的工作气体为Ar，其中Ar的气体流量为50-800sccm；其中2组射频氧化源工作，每组射频氧化源的功率为0.5-4.5kw，射频氧化源的工作气体为Ar、H2、O2/N2。在此条件下，真空溅射镀膜机按照步骤S51-S53进行逐层沉积镀膜。其中，氢氧化硅/氮氢化硅Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；氧化硅的Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-500sccm。
所述步骤S06具体包括：玻璃基底自然冷却至室温得到一种本实施例所述的1350nm中红外透过滤光片。
采用Macleod软件对表一中数据分析可得窄带通膜系的理论透射光谱图，如图2所示，结果表明窄带通膜系在1300-1400nm谱段具有高透过率，在1420-1800nm谱段截止。
采用Macleod软件对表二中数据分析可得长波通膜系的理论透射光谱图，如图3所示，结果表明长波通膜系在350-1280nm谱段宽截止。
本实施例所述滤光片采用日本光驰公司的NSP-1650真空溅射镀膜机进行制备，具体步骤如下：
(1)用吸尘器清除镀膜机LL真空室内的杂质，将经过超声清洗的干净的玻璃基底安装到镀膜夹具上并快速装入干净的真空室，抽真空至5.0E-0Pa；将镀膜夹具交换到PR成膜室，真空抽至7.0E-4Pa，开始成膜。
(2)用射频源发出的等离子体轰击基片表面1min，射频源功率为3kw，射频源工作气体为Ar气，气体流量为50-800sccm。靶材气体为Ar，气体流量为每对靶材0-800sccm。
(3)采用磁控溅射方法，在基底的一侧逐层交替沉积长波通膜系中的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成所述膜系的沉积；在基底的另一测逐层交替沉积另一侧长波通膜系中的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成所述膜系的沉积；其中氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3-0.5nm/s，氧化硅的溅射速率为0.5-1.1nm/s；靶材采用99.99％纯度的硅靶，3对靶材工作，每对靶材功率为8kw，靶材的工作气体为Ar，其中Ar的气体流量为120sccm；其中2组射频氧化源工作，每组射频氧化源的功率为3kw，射频氧化源的工作气体为Ar、H2、O2/N2，其中氢氧化硅/氮氢化硅Ar流量为50-800sccm，H2流量为10-150sccm，O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm；氧化硅的Ar流量为50-800sccm，O2流量为5-500sccm。
(4)(4)基底自然冷却至室温，得到一种本实施例所述的1350nm透过中红外滤光片。
(5)对所述滤光片进行如下性能测试：
(6)采用美国Agilent公司的Cary 7000通用型分光光度计，测得所述滤光片的透射光谱如图4所示，表明所述滤光片在1300-1400nm谱段具有高透过率，在350-1280nm谱段、1420-1800nm谱段截止；计算得到所述滤光片在1300-1400nm谱段内的平均透过率＞95％，在50-1280nm谱段、1420-1800nm谱段内的平均透过率＜0.01％。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
