氮氧化鉿薄膜透射率高，帶隙寬，機械性能好，是一種較好的窗口保護薄膜。采用離子束輔助反應蒸發的方法沉積具有高透射率的多光譜氮氧化鉿薄膜，通過控制沉積速率改變膜層中N、O 化學計量比，研究氮氧化鉿中N、O 化學計量比不同對薄膜力學和光學性能的影響規律。隨著沉積速率從0.8 減小到0.05 nm/s，氮含量增高，薄膜的硬度從7.29 增大到10.67 GPa，氮氧化鉿薄膜的折射率從1.95 降低到1.80，而消光系數從1 × 10 ^-3 增大到8 × 10 ^-3，禁帶寬度從5.62 減小到5.5eV。

　　紅外窗口材料除了必須具有高的紅外透過率、低吸收系數等優良特性外，還必須具有高的機械強度、耐磨損、抗風沙雨蝕、抗化學腐蝕等性能，且在高溫、低溫及輻射作用等各種苛刻條件下，其光學和物理化學性能穩定性良好。

　　目前使用的ZnS 紅外光學材料，不能同時具有所需的光學、熱學性能和機械性能。氧化鉿密度9.68 g /cm³，熔點2758℃，作為金屬氧化物，其原子結合以離子鍵為主，原子間有較強的結合力。此外，氧化鉿有較大的能帶帶隙( 5.68 eV) ，故而薄膜從可見光到紅外光波段( 0.2 ～ 12 μm) 都有較高的透過率，而鉿的氮氧化物具有更高的硬度，同時在中波紅外和長波紅外具有較高的透射率。在ZnS 基片上鍍制氮氧化鉿薄膜是解決紅外光學系統窗口材料問題的可行辦法，這種膜層除具有紅外透明、吸收系數小等優良的光學性能外，還應能抗熱沖擊、耐高溫，與襯底附著良好。氮氧化鉿薄膜作為多元化合物，討論N、O 不同化學計量比對其力學和光學性能影響就具有重要意義。

1、實驗

　　離子束輔助反應技術是在氣相沉積鍍膜的同時，利用載能離子轟擊薄膜表面，將其攜帶的能量通過轟擊過程轉移給薄膜原子，同時離子與氣相沉積的原子、離子發生反應，生成薄膜。

　　在美國DENTON 公司引進的全自動離子輔助光學鍍膜機上進行氮氧化鉿薄膜的鍍制工作。采用電子槍蒸發、離子束輔助反應的方法鍍制，基底用的是化學氣相沉積(CVD) ZnS 基片，如圖1 所示。實驗步驟為：首先清洗基底，先后用純度為99. 9% 的丙酮和無水乙醇超聲波各清洗15 min，用專用清潔紙擦干后裝入真空室；用機械泵和擴散泵將真空度抽至2 × 10 ^-2 Pa 后，將真空室加熱到150℃，保持30min，使真空室內壁上的氣體盡量放出來，以提高沉積時的真空度。待本底真空度達到3 × 10 ^-3 Pa，開始離子源清洗。用離子源轟擊基底10 min，其中在轟擊時離子源的能量控制在60 ～ 90 eV。

圖1 離子束輔助反應鍍膜系統示意圖

　　采用純度99.99% 的氧化鉿膜料，通過調整電子槍的束流密度來調整蒸發速率，改變了HfOxNy中x、y 的值，得到不同化學計量比的氮氧化鉿薄膜。Hf、N 之間成鍵結合困難，只要有O 存在，Hf 總是容易與O 結合，這使我們在試圖制備氮氧化鉿薄膜時，要盡可能得制定、使用一些有利于鉿氮結合的條件。

　　選取不同沉積速率下的樣品進行氮氧化鉿薄膜鍍制實驗，沉積時離子源通氮氣，通氣量30 mL/min( 標準狀態) ，沉積時基片溫度為150℃。其中1 號- 5 號分別表示沉積速率為0.05，0.10，0.20，0.40，0.80 nm/s 的樣品，膜層厚度均為1500 nm。

3、結論

　　采用離子束輔助反應沉積的方法，通過控制氧化鉿的沉積速率調整氮氧化鉿薄膜中N、O 比例，得到不同N、O 化學計量比的氮氧化鉿薄膜，并討論其力學和光學特性。隨著沉積速率從0.8 減小到0.05 nm/s，氮含量增高，薄膜的硬度增大，從7.29增大到10.63 GPa。隨著沉積速率越小，薄膜中的氮含量越高，氮氧化鉿薄膜的折射率越小，消光系數越大，沉積速率從0.8 減小到0.05 nm/s，折射率從1.95 降低到1.80，而消光系數從1 × 10 ^-3 增大到8× 10 ^-3，禁帶寬度從5.62 減小到5.5 eV。