硫化鋅（ZnS）是一種寬禁帶（3.72 eV）II-VI族半導(dǎo)體材料，在近紅外（1～3μm）、中紅外（3～5μm）、遠(yuǎn)紅外（8～12μm）等多個(gè)光譜波段具有較高的光學(xué)透過(guò)率，具有適中的機(jī)械性能、熱學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是一類重要的光電子功能材料。多光譜波段透過(guò)型ZnS體材料在整流罩、紅外透鏡、紅外窗口等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，昆明物理研究所趙勁松教授與云南大學(xué)云南省高校光電器件工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭麗和教授課題組共同合作在《紅外技術(shù)》期刊上發(fā)表了以“硫化鋅體材料制備及其光學(xué)性能研究進(jìn)展”為主題的綜述文章。趙勁松教授主要從事紅外熱像儀總體技術(shù)、裝配與測(cè)試技術(shù)、偏振成像技術(shù)及多光譜成像技術(shù)等方面的研究工作，鄭麗和教授主要從事激光材料與器件及其應(yīng)用、先進(jìn)室溫鍵合技術(shù)在激光領(lǐng)域的研究工作。

這項(xiàng)研究綜述了ZnS體材料的制備技術(shù)包括熱壓技術(shù)、化學(xué)氣相沉積＋熱等靜壓技術(shù)等及其關(guān)鍵制備參數(shù)，分析ZnS體材料的光學(xué)性能及其影響因素，并結(jié)合國(guó)防、安防及民用領(lǐng)域的需求，展望了ZnS體材料未來(lái)的發(fā)展方向。

CVT工藝步驟示意圖

紅外光學(xué)ZnS體材料制備技術(shù)主要包括化學(xué)氣相輸運(yùn)（CVT）、熔體生長(zhǎng)、熱升華、熱壓（HP）、化學(xué)氣相沉積（CVD）及其后續(xù)的熱等靜壓（HIP）等?；贑VD和HP技術(shù)制備的ZnS在10.6μm處的透過(guò)率大于70%，能滿足紅外光學(xué)應(yīng)用要求。而基于熔體生長(zhǎng)和升華法技術(shù)制備的ZnS，由于其透過(guò)率低，無(wú)法滿足紅外應(yīng)用?；贑VT技術(shù)制備的ZnS，其透過(guò)率數(shù)據(jù)尚未見報(bào)道。目前，只有HP和CVD-HIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。

不同沉積溫度條件下ZnS-std晶體表面形貌及顏色(a)600℃，(b)670℃，(c)720℃，(d)750℃

不同方法制備ZnS材料的光學(xué)性能差別較大。CVT制備技術(shù)采用ZnS粉末原料和氣體輸運(yùn)劑如HCl、NH4Cl或I2等，易在ZnS晶體中引入不同程度的雜質(zhì)缺陷，嚴(yán)重影響ZnS的光學(xué)透過(guò)性能，限制了該技術(shù)在紅外光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與進(jìn)一步發(fā)展。熔體法制備的ZnS體材料內(nèi)部通常含有大量絡(luò)合物雜質(zhì)和缺陷，晶體結(jié)構(gòu)不完善，存在明顯雜質(zhì)吸收，光學(xué)性能顯著降低；且力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如CVD-ZnS，無(wú)法滿足紅外光學(xué)應(yīng)用要求。HP-ZnS的光學(xué)透過(guò)性能與ZnS納米粉體的制備、熱壓、后熱處理等工藝條件密切相關(guān)。HP-ZnS透過(guò)性能可滿足8～12μm長(zhǎng)波紅外應(yīng)用需求，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。對(duì)ZnS-std進(jìn)行高溫高壓HIP處理，獲得無(wú)色透明多色ZnS-ms。HIP及金屬添加劑均可提高ZnS-std體材料在可見光至紅外波段光學(xué)透過(guò)性能。

不同尺度下ZnS-std（左）和ZnS-ms（右）的表面形貌

當(dāng)前制備紅外光學(xué)材料ZnS體材料的主要技術(shù)手段為HP與化學(xué)氣相沉積＋熱等靜壓聯(lián)用（CVD＋HIP），兩者相輔相成、相得益彰。HP-ZnS技術(shù)由于生產(chǎn)周期短、可近尺寸生產(chǎn)整流罩等，成為當(dāng)前研究關(guān)注的重點(diǎn)；未來(lái)工作重點(diǎn)在于提高嚴(yán)格服役條件下的機(jī)械強(qiáng)度等?；贑VD＋HIP技術(shù)制備的無(wú)色透明多光譜ZnS（ZnS-ms），將在國(guó)防、安防及民用領(lǐng)域如車輛夜視系統(tǒng)的紅外成像儀和多光譜成像儀日益增長(zhǎng)的需求帶動(dòng)下，帶動(dòng)紅外ZnS體材料的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。

該項(xiàng)目獲得云南省科技創(chuàng)新強(qiáng)省計(jì)劃項(xiàng)目（2014AA023）、軍委裝備發(fā)展部技術(shù)基礎(chǔ)科研項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金（62165017）和云南省科技廳基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（202201AS070013、202101AT070162）的支持。該研究第一作者為昆明物理研究所高級(jí)工程師吳紹華，主要從事紅外光學(xué)材料方面的研究工作。

編輯：黃飛