[发明专利]三氟化氮气体探测用红外滤光片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三氟化氮气体探测用红外滤光片，所述的红外滤光片包括基底、主膜系结构和截止膜系结构；所述的主膜系结构为：Sub/HLHL2HLHLHLHL2HLH0.08M/Air；所述的截止膜系结构为：Sub/0.18(HL)^5 0.265(HL)^7 0.38(HL)^7 0.52(HL)^7 0.73(HL)^7 1.43(0.5LH0.5L)^7 0.1M/Air；所述的红外滤光片的中心波长为11050±100nm，带宽为380±60nm，峰值透射率大于等于78％，截止区2000～18000nm最大透射率小于1％。本发明还提供了相应的制备方法和红外气体传感器。

技术领域

本发明涉及红外气体探测器技术领域，涉及一种三氟化氮气体探测用红外滤光片及其制备方法和应用。

背景技术

三氟化氮，分子式NF₃，相对分子量为71.002，常温下为无色有毒气体，熔点-206.8℃，沸点-129℃。三氟化氮气体是高能化学激光器的氟源，也是微电子工业中的等离子体刻蚀气体，对硅基材的等离子刻蚀有很好的选择性和刻蚀速率。特别是近年来随着半导体行业的发展，三氟化氮气体的用量也在快速攀升。但与此同时三氟化氮气体能与水、氢气、氨气、一氧化碳或硫化氢等的混合气体遇火花发生猛烈爆炸。同时三氟化氮易与血红蛋白反应，吸入人体后危险较大。因此在三氟化氮的生产制备、储存和使用过程中都需要密切关注气体的泄露问题，否则容易造成重大安全事故。而使用NDIR技术的红外气体传感器是进行三氟化氮气体监测的重要手段，如图1所示，根据朗伯-比尔定律，在入射光强I₀(λ)、气体吸收系数α(λ)和光程L不变的情况下，出射光强I(λ)＝I₀(λ)exp[-α(λ)CL]只与气体浓度C相关。此结构中滤光片的作用是仅允许三氟化氮红外吸收区的光线进入探测器，其他波段的光线全部截止。但目前市面上还没有针对三氟化氮气体探测进行专门设计的红外滤光片，这影响了三氟化氮气体红外传感器的推广和应用。

CN 109870408 A，一种用于非色散红外检测三氟化氮的滤光片及其应用和三氟化氮的检测方法，使用蓝宝石滤光片来实现10～12μm波段高透射率的滤光效果，与光学常识是相矛盾的，因此该专利提供的滤光片无法实现。众所周知，要想实现某个波段的高透射效果，应该选择在该波段无吸收或低吸收的材料来设计，而蓝宝石材料在10～12μm波段应该属于禁忌材料。因为蓝宝石在该波段具有强烈的光学吸收特点，导致其完全吸收截止(即不透光)。具体可参见图2，为发明人自测的厚度1mm的蓝宝石透射率光谱；也可以参考余怀之《红外光学材料》第二版，第68页的内容，该教科书中的配图2-30～配图2-33及表2-8，也明确可知7微米以后不可用；也可以参考图3，为英国CRYSTRAN公司公开的蓝宝石的透射率光谱，该图源自https://www.crystran.co.uk/optical-materials/sapphire-al2o3。也可以参考德国肖特(schott)公司公开的蓝宝石的相关数据，其明确指出蓝宝石可使用的透射光谱范围为250～5000nm波段。因此，基于这些光学的公知常识，该专利提供的滤光片公开的10～12μm为其透射光谱区其他光谱曲不透光无法实现。其次，在该专利中，在硅片上镀制0.4～1mm的氟化钡也不能实现带通滤光片的效果，图8为使用膜系设计软件仿真的该方案的透射光谱。另外，在硅片上镀制0.4～1mm的氟化钡薄膜本身就不符合工艺常识，所谓的镀膜膜层厚度通常在纳米和微米量级，若镀制毫米量级的膜层具有较高的成本，这种情况下一般直接使用氟化钡薄片来代替。

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题，提供一种三氟化氮气体探测用红外滤光片及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用的三氟化氮气体探测用红外滤光片的技术方案如下：

所述的红外滤光片包括基底、主膜系结构和截止膜系结构，所述的主膜系结构和截止膜系结构分别设置于所述的基底的两侧；

所述的主膜系结构为：