采用离子束溅射法通过在CH4和Ar 的混合气体中溅射Ge靶材制备碳化锗(Ge1-xCx)薄膜.分别通过原子力显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱以及纳米压痕测试研究了薄膜的表面形貌、化学结构、光学特性和力学特性.同时分析了制备薄膜时的离子源束压和薄膜性质之间的关系.结果表明,薄膜的粗糙度随束压的增大而减小.在较高束压下制备的薄膜含有较少的C元素和较多的Ge-C键.薄膜具有非常好的红外光学特性和力学特性.薄膜在较大波长范围内具有良好的透光性能.C元素含量随着束压的升高而降低,进而导致薄膜的折射率在束压从300 V增大到800 V的过程中逐渐升高.薄膜的硬度大于8 GPa.由于薄膜中的Ge-C键代替了C-C 键和C-Hn键,薄膜的硬度随束压的增加逐渐增加.

为了提高锗基底的透过率和环境适应性, 镀制了增透保护膜。应用电子枪蒸发加霍尔离子源辅助的方法沉积了碳化锗(Ge1-xCx)薄膜。通过固定霍尔离子源参数, 控制沉积速率的工艺得到了不同光学常数的碳化锗薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明, 所制备的碳化锗薄膜在不同的沉积速率下均为无定形结构。采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪测量了试片的透过率, 使用包络法获得了相应工艺条件下的光学常数。在锗基底上双面镀制碳化锗增透膜后, 长波红外7.5～11.5 μm波段的平均透过率Tave＞85%。经过环境实验之后的碳化锗膜层完好, 证明碳化锗增透膜具有良好的环境适应性。

介绍了红外光学薄膜在红外光学系统中的作用。详细阐述了红外光学材料的选择、相应薄膜材料的选取以及红外增透保护膜的几种设计方法，并重点介绍了类金刚石(DLC)、碳化锗(GexC1-x)、磷化物(GaP)、金刚石(Diamond)等几种薄膜材料光学性能及其应用，最后对红外增透保护膜未来的发展进行了展望。

利用磁控溅射制备碳化锗(Ge1-xCx)薄膜, 系统地研究了生长温度(Tg)对所获薄膜成分及性能的影响并揭示了它们之间的内在关系。研究发现所有Ge1-xCx薄膜样品均为非晶结构, 随着Tg从60 ℃增加到500 ℃, 膜中锗含量增加, 而碳含量相对降低, 这种成分的改变增加了膜中组成原子的平均质量, 进而导致薄膜折射率从2.3增加到 4.3, 这种折射率大范围连续可调的特性十分有利于Ge1-xCx多层红外增透保护膜的设计和制备。此外研究还发现, 随着Tg的增加, Ge1-xCx膜中Ge—H和C—H键逐渐减少, 这不但显著减小了薄膜在~5.3 μm和~3.4 μm处的光吸收, 而且显著提高了薄膜的硬度。这些结果表明, 提高生长温度是调制Ge1-xCx 薄膜成分、改善其光学和力学性能的有效途径。

利用磁控溅射方法在ZnS基底上设计并制备了一种Ge1-xCx双层膜，研究发现双面镀Ge1-xCx双层膜后，ZnS基底在 8～11.5 μm远红外波段的平均透过率提高了9.5%，硬度提高了近3倍，而且该双层膜还具有良好的热稳定性和耐热冲击能力。研究结果表明，此Ge1-xCx双层膜是一种高效的ZnS红外窗口增透保护膜。

把GeC/GaP双层膜用作ZnS衬底的长波红外(8～11.5 μm波段)增透保护膜系。采用射频磁控溅射法,以高纯Ar为工作气体、单晶GaP圆片为靶制备了GaP薄膜；用射频磁控反应溅射法在高纯Ar和CH4的混合气体中,以单晶Ge圆片为靶制备了GeC薄膜。分别用柯西(Cauchy)公式和乌尔巴赫(Urbach)公式表示折射率和吸收系数,对薄膜的红外透射率曲线进行最小二乘法拟合,得到了它们的厚度及折射率、吸收系数等光学常数。GaP膜的折射率与块体材料的相近,在波长10 μm处约为2.9；GeC膜的折射率较小,在波长10 μm处约为1.78。用所得到的薄膜折射率,通过计算机膜系自动设计软件在ZnS衬底上设计并制备出了GeC/GaP双层增透保护膜系,当GaP膜厚较大时,由于吸收增大膜系增透效果较差；当GaP膜厚较小时,膜系有较好的增透效果。