幾種膜系的理論及應用研究(

1、武 漢 職 業(yè) 技 術 學 院畢業(yè)論文幾種膜系的理論及應用研究系別:光電子技術系班級:光電 11303作者:韓煒指導教師:張雅娟2014年 02月22 日摘 要 鍍膜是將光學薄膜沉積在光學零件表面的制造過程。光學薄膜應用于各種反射和透射光學元件，薄膜技術是光學技術的一個重要組成部分。鍍膜技術涉及到光電技術、計算機、真空技術、材料科學、自動控制技術等領域。本文闡述了幾種常見鍍膜工藝的特點，進行工藝比較，結合當前的實際應用對鍍膜的應用做了一定的歸納和總結，對未來鍍膜工藝進行展望。著重介紹了ITO膜和PI膜關鍵詞：鍍膜 薄膜 ITO膜 PI膜I目錄摘要.I1 緒言.1 11鍍膜意義.1 12光學薄膜

2、.12 鍍膜技術.2 2.1常用的鍍膜工藝.2 2.2三種鍍膜工藝比較.3 2.3三種鍍膜工藝的應用.33 光學薄膜分類.5 3.1減反射膜.5 3.2反射膜.6 3.3干涉濾光片.7 3.4分光膜.74 ITO薄膜.8 4.1ITO薄膜基本性能.8 4.2 ITO薄膜在國內(nèi)的發(fā)展.115 聚酰亞胺薄膜（PI膜）.12 5.1聚酰亞胺薄膜（PI膜）特性.12 5.2聚酰亞胺優(yōu)點.13 5.3 PI膜未來發(fā)展.136 光學鍍膜的應用前景.14 6.1 光學鍍膜在光學上的應用.14 6.2 光學鍍膜在電子電路上的應用.14 6.3 光學鍍膜在機械工業(yè)的應用.14 6.4光學鍍膜在生活中的應用.15

3、 6.5 前景展望.15參考文獻.16III1 緒言1.1鍍膜意義 鍍膜在利用某些薄膜材料的紅外線反射性能的同時，也利用了薄膜在可見光譜范圍的干涉效應，通過對薄膜厚度的調(diào)整，既達到熱反射功能，又可形成所需的反射顏色效果。鍍膜是用物理或化學的方法在材料表面鍍上一層透明的電解質(zhì)膜，或鍍一層金屬膜，目的是改變材料表面的反射和透射特性。 在可見光和紅外線波段范圍內(nèi)，大多數(shù)金屬的反射率都可達到78%98%，但不可高于98%。無論是對于CO2激光，采用銅、鉬、硅、鍺等來制作反射鏡，采用鍺、砷化鎵、硒化鋅作為輸出窗口和透射光學元件材料，還是對于YAG激光采用普通光學玻璃作為反射鏡、輸出鏡和透射光學元件材料，

4、都不能達到全反射鏡的99%以上要求。不同應用時輸出鏡有不同透過率的要求，因此必須采用光學鍍膜方法。 對于CO2激光燈中紅外線波段，常用的鍍膜材料有氟化釔、氟化鐠、鍺等；對于YAG激光燈近紅外波段或可見光波段，常用的鍍膜材料有硫化鋅、氟化鎂、二氧化鈦、氧化鋯等。除了高反膜、增透膜之外，還可以鍍對某波長增反射、對另一波長增透射的特殊膜，如激光倍頻技術中的分光膜等。當光線進入不同傳遞物質(zhì)時（如由空氣進入玻璃），大約有5% 會被反射掉，在光學瞄準鏡中有許多透鏡和折射鏡，整個加起來可以讓入射光線損失達30%至40%?，F(xiàn)代光學透鏡通常都鍍有單層或多層氟化鎂的增透膜，單層增透膜可使反射減少至 1.5%，多層

5、增透膜則可讓反射降低至 0.25%，所以整個瞄準鏡如果加以適當鍍膜，光線透穿率可達 95%。鍍了單層增透膜的鏡片通常是藍紫色或是紅色，鍍多層增透膜的鏡片則呈淡綠色或暗紫色 。1.2光學薄膜 由薄的分層介質(zhì)構成的，通過界面?zhèn)鞑ス馐囊活惞鈱W介質(zhì)材料。光學薄膜的應用始于20世紀30年代。現(xiàn)代，光學薄膜已廣泛用于光學和光電子技術領域，制造各種光學儀器。 雖然薄膜的光學現(xiàn)象早在17世紀就為人們所注意，但是把光學薄膜作為一個課題進行專門研究卻開始于20世紀30年代以后，這主要因為真空技術的發(fā)展給各種光學薄膜的制備提供了先決條件。時至今日，光學薄膜已得到很大發(fā)展，光學薄膜的生產(chǎn)已逐步走向系列化、程序化和專

6、業(yè)化，但是，在光學薄膜的研究中還有不少問題有待進一步解決，光學薄膜現(xiàn)有的水平在不少工作中還不能滿足要求，需要提高。在理論上，不但薄膜的生長機理需要搞清，而且薄膜的光學理論，特別是應用于極短波段的光學理論也有待進一步完善和改進。在工藝上，人們還缺乏有效的手段實現(xiàn)對薄膜淀積參量的精確控制，這樣，薄膜的生長就具有一定程度的隨機性，薄膜的光學常數(shù)、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不穩(wěn)定性和盲目性，這一切都限制了光學薄膜質(zhì)量的提高。就光學薄膜本身來說，除了光學性能需要提高，吸收、散射等光損耗需要減少之外，它的機械強度、化學穩(wěn)定性和物理性質(zhì)都需要進一步改進。在激光系統(tǒng)中，光學薄膜的抗激光強度較低

7、，這是光學薄膜研究中最重要的問題之一。2鍍膜技術 隨著增透膜的不斷開發(fā)和研究，光學增透膜的鍍膜技術也在不斷的發(fā)展。光學增透膜的厚度要控制在可見光波長1/4波長的數(shù)量級上，增透膜的均勻度的要求也非常的苛刻。盡管如此,在人們的不懈探索中，還是掌握了不少行之有效、先進的鍍膜技術。目前，常用的鍍膜生產(chǎn)工藝有：溶膠-凝膠鍍膜、反應蒸發(fā)鍍膜、真空陰極磁控濺射鍍膜等工藝方法。下面就這幾種鍍膜工藝分別進行介紹：2.1常用的鍍膜工藝2.1.1溶膠-凝膠鍍膜 是將III、V、VI族金屬、半金屬元素的有機化合物和無機鹽溶于有機溶劑中獲得溶膠鍍液，采用浸漬或離心甩膠的方法涂覆在基片表面，再進行干燥脫水處理獲得固體薄膜

8、的方法。例如制備 光催化功能薄膜：先水解 再脫水 (120 下) 該技術對薄膜材料有要求：有機極性溶體溶解度范圍不能窄，最好不用水溶液;有少量水參與時應容易發(fā)生水解，而且水解形成的薄膜不應溶解，生成的揮發(fā)物易于去除;水解形成的氧化物應易于低溫充分脫水;薄膜、基片附著力好。2.1.2反應蒸發(fā)鍍膜在蒸發(fā)不少金屬氧化物時,會出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象,這會使光學膜產(chǎn)生光吸收現(xiàn)象。在反應沉積過程中,通過向剩余氣體中加氧可以適當消除光吸收的影響。由于熱分解或太低的蒸發(fā)壓強而化合物不可能直接蒸發(fā)的所有情況都可采用反應蒸發(fā)鍍膜技術。通常用低價氧化物或金屬原材料生產(chǎn)氧化膜,也可用這種方法生產(chǎn)硫化物和氮化物或其他化合物。必須

9、注意的是在反應條件下進行蒸發(fā)時,需要連續(xù)補充化學反應消耗的氣體。在薄膜沉積中,必須選擇相關過程的所有參數(shù),使沉積的薄膜滿足最佳化標準。用這種方法生產(chǎn)的氧化物膜的質(zhì)量通常仍然略低于計算結果并略有吸收。這種反應蒸發(fā)膜呈多晶,非晶或聚合物結構,表面較粗糙,并有柱狀或海綿狀微細結構,這些微細結構有較大的空隙和較大的內(nèi)表面。除此以外,膜層對基底的附著力很差,抗磨損能力和硬度都很低。由于膜的密度小,膜的折射率比塊狀氧化物折射率低得多。膜的吸收水蒸氣和其他氣體使其折射率和其他物理性質(zhì)改變。在反應蒸發(fā)之前,把基底加熱到300 左右,可以提高膜的質(zhì)量。雖然加熱基底可能會導致較粗糙的膜結構、增加表面粗糙度,但是加

10、熱基底已成為鍍膜過程的不可缺少的步驟。2.1.3真空陰極磁控濺射鍍膜 又稱離線鍍膜，是將玻璃置于真空室中，在真空室內(nèi)通入反應性氣體，當對濺射陰極通電時，在電場的作用下，從陽極表面發(fā)射出電子，電子在電場的加速下能量迅速提高，高能電子將于陰極表面區(qū)域的空間的氣體分子相碰撞，使氣體分子電離，帶正電的粒子在電場的加速下，高速向陰極表面撞擊，將金屬粒子擊出，同時由于粒子碰撞靶表面產(chǎn)生大量二次電子，電子又在電場的加速下成為高能電子，從而維持這種導常輝光放電。其中，被帶正電的粒子從靶表面出的金屬粒子，會沉積在玻璃上，形成薄膜。采用這種方法，可以進行多層膜的生產(chǎn)，可形成的材料極多。絕大部分的金屬和無機非金屬均

11、可成膜?！翱仃帢O濺射的原理”是在陰極內(nèi)部裝有永久磁鐵或電磁鐵。磁場穿透陰極表面的金屬濺射靶，在對濺射陰極通電時，產(chǎn)生了一次電子，一次電子既在磁場束縛下又在電場的加速下，形成螺旋式運動軌跡，大大增加了加速時間及運動路程，提高了與空間氣體分子相碰撞的幾率和速度，從而提高了濺射沉積率。分為熱反射鍍膜和低輻射Low-E鍍膜。除此以外，采用真空磁控濺射鍍膜法生產(chǎn)熱反射鍍膜玻璃，還具有膜層牢固和均勻，化學穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，并且能獲得多種理想光學性能和豐富的反射顏色。采用熱反射鍍膜時，可以進行多層膜的生產(chǎn)，可形成的材料極多。離線低輻射Low-E鍍膜需鍍一層純銀薄膜作為功能膜，純銀薄膜在兩層金屬氧化物膜之間，

12、金屬氧化膜對純銀膜提供保護，且作為膜層之間的中間層，能增加顏色的純度及光的透射水平。由于有多種金屬靶材可以選擇，及多種金屬靶材組合，所以濺射法生產(chǎn)的離線低輻射Low-E鍍膜可由多種配置，在顏色和純度方面濺射鍍膜液優(yōu)于熱噴涂，而且離線法的新產(chǎn)品開發(fā)方面也比較靈活。最主要的優(yōu)點在于濺射生產(chǎn)的離線低輻射Low-E鍍膜的中空玻璃其“U”值優(yōu)于熱解法產(chǎn)品的“U”值，但它的缺點就是膜層比較脆弱。2.2三種鍍膜工藝比較 濺射鍍膜與蒸發(fā)鍍膜相比，有許多優(yōu)點,如任何物質(zhì)均可以濺射，尤其是高熔點，低蒸氣壓元素和化合物;濺射膜與基板之間的附著性好;薄膜密度較高;膜厚可控制性和重復性較好等。缺點是設備比較復雜，需要高

13、壓裝置;將蒸發(fā)法與濺射法相結合，即為離子鍍。這種方法的優(yōu)點是得到的膜與基板間有極強的附著力，有較高的沉積速率，膜的密度高。蒸發(fā)鍍膜過程可以實現(xiàn)連續(xù)化。這種鍍膜可以通過微調(diào)閥控制鍍膜室中氣體的成分和含量，按照人名的需求制成各種不同性質(zhì)的薄膜;溶膠-凝膠法制備薄膜比起傳統(tǒng)的制膜方法，具有以下優(yōu)勢：(a) 鍍膜設備簡單，易于操作;(b) 工藝過程溫度較低，鍍膜通常在室溫或接近室溫的環(huán)境下，形成的薄膜純度較高;(c) 可以在大尺寸以及各種形狀不規(guī)則基底上鍍膜;(d) 化學計量比準確，易于改性，摻雜量的范圍加寬，可以有效控制薄膜成分及微觀結構。2.3三種鍍膜工藝的應用 溶膠-凝膠法制備薄膜主要被用在制備

14、減反膜、高反膜、電致或光致變色薄膜、光波導等方面。用反應蒸發(fā)鍍膜法在制備各種濾光片、反射鏡等方面也用的比較多。采用磁控濺射鍍膜法生產(chǎn)熱反射鍍膜玻璃，是目前國際上大面積生產(chǎn)鍍膜玻璃的最先進工藝方法，比傳統(tǒng)的鍍膜方法在產(chǎn)品來年說在功能、勞動生產(chǎn)率、成本等方面有顯著的改進。磁控濺射鍍膜能夠按需要的比例控制太陽直接輻射的反射、透過和吸收，并產(chǎn)生需要的反射顏色。其產(chǎn)品的特點是：a) 有效限制太陽直接輻射的入射量，遮陽效果較明顯;b) 具備豐富多彩的反射色調(diào)和極佳的裝飾效果;c) 對室內(nèi)物體和建筑構件具有良好的視線遮蔽功能;d) 較理想的可見光透過比和反射比，減弱紫外光的透過，并且可以加工成中空熱反射玻璃

15、、夾層熱反射玻璃等復合產(chǎn)品。此外，離線低輻射(Low-E)鍍膜產(chǎn)品具有以下特點：a) 裝飾效果好，多為中性色調(diào)，清淡、高雅;b) 節(jié)能性較好，由于表面輻射率E低，從而具有更低的傳熱系數(shù)“U”值;c)舒適性能好，在隔絕熱輻射的同時，很好的保證了自然采光;d) 遮蔽系數(shù)Sc范圍廣，可滿足不同地區(qū)的使用需求。3 光學薄膜分類 光學薄膜按應用分為反射膜、增透膜、濾光膜、光學保護膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常用的是前4種。光學反射膜用以增加鏡面反射率，常用來制造反光、折光和共振腔器件。光學增透膜沉積在光學元件表面，用以減少表面反射，增加光學系統(tǒng)透射，又稱減反射膜。光學濾光膜用來進行光譜或其他光性分割，其

16、種類多，結構復雜。光學保護膜沉積在金屬或其他軟性易侵蝕材料或薄膜表面，用以增加其強度或穩(wěn)定性，改進光學性質(zhì)。最常見的是金屬鏡面的保護膜。3.1減反射膜 又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統(tǒng)的雜散光。最簡單的增透膜是單層膜，它是鍍在光學零件光學表面上的一層折射率較低的薄膜。當薄膜的折射率低于基體材料的折射率時,兩個界面的反射系數(shù)r1和r2具有 相同的位相變化。如果膜層的光學厚度是某一波長的四分之一，相鄰兩束光的光程差恰好為,即振動方向相反，疊加的結果使光學表面對該波長的反射光減少。適當選擇膜層的折射率，使得r1和r2相

17、等，這時光學表面的反射光可以完全消除。一般情況下，采用單層增透膜很難達到理想的增透效果,為了在單波長實現(xiàn)零反射,或在較寬的光譜區(qū)達到好的增透效果，往往采用雙層、三層甚至更多層數(shù)的減反射膜。 減反射膜是應用最廣、產(chǎn)量最大的一種光學薄膜，因此，它至今仍是光學薄膜技術中重要的研究課題，研究的重點是尋找新材料，設計新膜系,改進淀積工藝,使之用最少的層數(shù)，最簡單、最穩(wěn)定的工藝，獲得盡可能高的成品率，達到最理想的效果。對激光薄膜來說，減反射膜是激光損傷的薄弱環(huán)節(jié)，如何提高它的破壞強度，也是人們最關心的問題之一。3.2反射膜 它的功能是增加光學表面的反射率。反射膜一般可分為兩大類，一類是金屬反射膜，一類是全

18、電介質(zhì)反射膜。此外，還有把兩者結合起來的金屬電介質(zhì)反射膜。一般金屬都具有較大的消光系數(shù)，當光束由空氣入射到金屬表面時，進入金屬內(nèi)部的光振幅迅速衰減，使得進入金屬內(nèi)部的光能相應減少，而反射光能增加。消光系數(shù)越大，光振幅衰減越迅速，進入金屬內(nèi)部的光能越少，反射率越高。人們總是選擇消光系數(shù)較大，光學性質(zhì)較穩(wěn)定的那些金屬作為金屬膜材料。在紫外區(qū)常用的金屬薄膜材料是鋁，在可見光區(qū)常用鋁和銀，在紅外區(qū)常用金、銀和銅，此外，鉻和鉑也常用作一些特種薄膜的膜料。由于鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能，所以必須用電介質(zhì)膜加以保護。常用的保護膜材料有一氧化硅、氟化鎂、二氧化硅、三氧化二鋁等。金屬反射膜的優(yōu)

19、點是制備工藝簡單，工作的波長范圍寬；缺點是光損耗大，反射率不可能很高。為了使金屬反射膜的反射率進一步提高，可以在膜的外側(cè)加鍍幾層一定厚度的電介質(zhì)層，組成金屬電介質(zhì)反射膜。需要指出的是，金屬電介質(zhì)反射膜增加了某一波長（或者某一波區(qū)）的反射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特點。全電介質(zhì)反射膜是建立在多光束干涉基礎上的。與增透膜相反，在光學表面上鍍一層折射率高于基體材料的薄膜，就可以增加光學表面的反射率。最簡單的多層反射膜是由高、低折射率的二種材料交替蒸鍍而成的,每層膜的光學厚度為某一波長的四分之一。在這種條件下，參加疊加的各界面上的反射光矢量，振動方向相同。合成振幅隨著薄膜層數(shù)的增加而增加。原則上說，

20、全電介質(zhì)反射膜的反射率可以無限接近于1，但是薄膜的散射、吸收損耗,限制了薄膜反射率的提高。迄今為止，優(yōu)質(zhì)激光反射膜的反射率雖然已超過99.9%，但有一些工作還要求它的反射率繼續(xù)提高。應用于強激光系統(tǒng)的反射膜，則更強調(diào)它的抗激光強度，圍繞提高這類薄膜的抗激光強度所開展的工作，使這類薄膜的研究更加深入。3.3干涉濾光片 是種類最多、結構復雜的一類光學薄膜。它的主要功能是分割光譜帶。最常見的干涉濾光片是截止濾光片和帶通濾光片。截止濾光片可以把所考慮的光譜區(qū)分成兩部分，一部分不允許光通過（稱為截止區(qū)），另一部分要求光充分通過（稱為帶通區(qū)）。按照通帶在光譜區(qū)的位置又可分為長波通和短波通二種，它們最簡單的

21、結構分別為，這里H、L分別表示厚的高、低折射率層，m為周期數(shù)。具有以上結構的膜系稱為對稱周期膜系。如果所考慮的光譜區(qū)很寬或通帶透過率的波紋要求很高，膜系結構會更加復雜。 帶通濾光片只允許光譜帶中的一段通過，而其他部分全部被濾掉,按照它們結構的不同可分為法布里-珀羅型濾光片、多腔濾光片和誘增透濾光片。法布里珀羅型濾光片的結構與法珀標準具（見法布里珀羅干涉儀）相同，因為由它獲得的透過光譜帶都比較窄，所以又叫窄帶干涉濾光片。這種濾光片的透過率對薄膜的損耗非常敏感，所以制備透過率很高、半寬度又很窄的濾光片是很困難的。多腔濾光片又叫矩形濾光片，它可以做窄帶帶通濾光片，又可以做寬帶帶通濾光片，制備波區(qū)較寬

22、，透過率高，波紋小的多腔濾光片同樣是困難的。 誘增透濾光片是在金屬膜兩邊匹配以適當?shù)碾娊橘|(zhì)膜系，以增加勢透過率，減少反射，使通帶透過率增加的一類濾光片。雖然它的通帶性能不如全電介質(zhì)法珀濾光片,卻有著很寬的截止特性,所以還是有很大的應用價值。特別在紫外區(qū)，一般電介質(zhì)材料吸收都比較大的情況下,它的優(yōu)越性就更明顯了。3.4分光膜 根據(jù)一定的要求和一定的方式把光束分成兩部分的薄膜。分光膜主要包括波長分光膜、光強分光膜和偏振分光膜等幾類。波長分光膜又叫雙色分光膜，顧名思義它是按波長區(qū)域把光束分成兩部分的薄膜。這種膜可以是一種截止濾光片或帶通濾光片，所不同的是，波長分光膜不僅要考慮透過光而且要考慮反射光，

23、二者都要求有一定形狀的光譜曲線。波長分光膜通常在一定入射角下使用，在這種情況下,由于偏振的影響，光譜曲線會發(fā)生畸變,為了克服這種影響，必須考慮薄膜的消偏振問題。 光強分光膜是按照一定的光強比把光束分成兩部分的薄膜，這種薄膜有時僅考慮某一波長，叫做單色分光膜；有時需要考慮一個光譜區(qū)域叫做寬帶分光膜；用于可見光的寬帶分光膜，又叫做中性分光膜。這種膜也常在斜入射下應用，由于偏振的影響，二束光的偏振狀態(tài)可以相差很多,在有些工作中，可以不考慮這種差別,但在另一些工作中（例如某些干涉儀），則要求兩束光都是消偏振的，這就需要設計和制備消偏振膜。偏振分光膜是利用光斜入射時薄膜的偏振效應制成的。偏振分光膜可以分

24、成棱鏡型和平板型兩種。棱鏡型偏振膜利用布儒斯特角入射時界面的偏振效應（見光在分界面上的折射和反射）。當光束總是以布儒斯特角入射到兩種材料界面時，則不論薄膜層數(shù)有多少，其水平方向振動的反射光總為零，而垂直分量振動的光則隨薄膜層數(shù)的增加而增加，只要層數(shù)足夠多，就可以實現(xiàn)透過光束基本是平行方向振動的光，而反射光束基本上是垂直方向振動的光，從而達到偏振分光的目的，由于由空氣入射不可能達到兩種薄膜材料界面上的布儒斯特角，所以薄膜必須鍍在棱鏡上，這時入射介質(zhì)不是空氣而是玻璃。平板型偏振膜主要是利用在斜入射時由電介質(zhì)反射膜兩個偏振分量的反射帶帶寬的不同而制成的。一般高反射膜，隨著入射角的增大，垂直分量的反射

25、帶寬逐漸增大，而平行分量的帶寬逐漸減少。選擇垂直分量的高反射區(qū)、平行分量的高透過區(qū)為工作區(qū)則可構成透過平行分量反射垂直分量的偏振膜，這種偏振膜的入射角一般選擇在基體的布儒斯特角附近。棱鏡型偏振膜工作的波長范圍比較寬，偏振度也可以做得比較高，但它制備較麻煩，不易做得大，抗激光強度也比較低。平板型偏振片工作的波長區(qū)域比較窄，但它可以做得很大，抗激光強度也比較高，所以經(jīng)常用在強激光系統(tǒng)中。4 ITO薄膜 摻錫氧化銦（IndiumTinOxide），一般簡稱為ITO。ITO薄膜是一種n型半導體材料，具有高的導電率、高的可見光透過率、高的機械硬度和良好的化學穩(wěn)定性。因此，它是液晶顯示器（LCD）、等離子

26、顯示器（PDP）、電致發(fā)光顯示器（EL/OLED）、觸摸屏（TouchPanel）、太陽能電池以及其他電子儀表的透明電極最常用的薄膜材料。4.1ITO薄膜基本性能 一、ITO薄膜的基本性能ITO（In2O3:SnO2=9:1）的微觀結構，In2O3里摻入Sn后，Sn元素可以代替In2O3晶格中的In元素而以SnO2的形式存在，因為In2O3中的In元素是三價，形成SnO2時將貢獻一個電子到導帶上，同時在一定的缺氧狀態(tài)下產(chǎn)生氧空穴，形成1020至1021cm-3的載流子濃度和10至30cm2/vs的遷移率。這個機理提供了在10-4.cm數(shù)量級的低薄膜電阻率，所以ITO薄膜具有半導體的導電性能。I

27、TO是一種寬能帶薄膜材料，其帶隙為3.5-4.3ev。紫外光區(qū)產(chǎn)生禁帶的勵起吸收閾值為3.75ev，相當于330nm的波長，因此紫外光區(qū)ITO薄膜的光穿透率極低。同時近紅外區(qū)由于載流子的等離子體振動現(xiàn)象而產(chǎn)生反射，所以近紅外區(qū)ITO薄膜的光透過率也是很低的，但可見光區(qū)ITO薄膜的透過率非常好，由于材料本身特定的物理化學性能，ITO薄膜具有良好的導電性和可見光區(qū)較高的光透過率。 二、影響ITO薄膜導電性能的幾個因素ITO薄膜的面電阻（R）、膜厚（d）和電阻率（）三者之間是相互關聯(lián)的，這三者之間的計算公式是：R=/d。由公式可以看出，為了獲得不同面電阻（R）的ITO薄膜，實際上就是要獲得不同的膜厚

28、和電阻率。一般來講，制備ITO薄膜時要得到不同的膜層厚度比較容易，可以通過調(diào)節(jié)薄膜沉積時的沉積速率和沉積的時間來制取所需要膜層的厚度，并通過相應的工藝方法和手段能進行精確的膜層厚度和均勻性控制。而ITO薄膜的電阻率（）的大小則是ITO薄膜制備工藝的關鍵，電阻率（）也是衡量ITO薄膜性能的一項重要指標。公式=m/ne2T給出了影響薄膜電阻率（）的幾種主要因素，n、T分別表示載流子濃度和載流子遷移率。當n、T越大，薄膜的電阻率（）就越小，反之亦然。而載流子濃度（n）與ITO薄膜材料的組成有關，即組成ITO薄膜本身的錫含量和氧含量有關，為了得到較高的載流子濃度（n）可以通過調(diào)節(jié)ITO沉積材料的錫含量

29、和氧含量來實現(xiàn)；而載流子遷移率（T）則與ITO薄膜的結晶狀態(tài)、晶體結構和薄膜的缺陷密度有關，為了得到較高的載流子遷移率（T），可以合理的調(diào)節(jié)薄膜沉積時的沉積溫度、濺射電壓和成膜的條件等因素。所以從ITO薄膜的制備工藝上來講，ITO薄膜的電阻率不僅與ITO薄膜材料的組成（包括錫含量和氧含量）有關，同時與制備ITO薄膜時的工藝條件（包括沉積時的基片溫度、濺射電壓等）有關。有大量的科技文獻和實驗分析了ITO薄膜的電阻率與ITO材料中的Sn、O2元素的含量，以及ITO薄膜制備時的基片溫度等工藝條件之間的關系。 三、通過低濺射電壓制備ITO薄膜的工藝和方法 1、低電壓濺射制備ITO薄膜由于ITO薄膜本身

30、含有氧元素，磁控濺射制備ITO薄膜的過程中，會產(chǎn)生大量的氧負離子，氧負離子在電場的作用下以一定的粒子能量會轟擊到所沉積的ITO薄膜表面，使ITO薄膜的結晶結構和晶體狀態(tài)造成結構缺陷。濺射的電壓越大，氧負離子轟擊膜層表面的能量也越大，那么造成這種結構缺陷的幾率就越大，產(chǎn)生晶體結構缺陷也越嚴重，從而導致了ITO薄膜的電阻率上升，一般情況下，磁控濺射沉積ITO薄膜時的濺射電壓在-400V左右，如果使用一定的工藝方法將濺射電壓降到-200V以下，那么所沉積的ITO薄膜電阻率將降低50%以上，這樣不僅提高了ITO薄膜的產(chǎn)品質(zhì)量，同時也降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 2、兩種在直流磁控濺射制備ITO薄膜時，降低薄

31、膜濺射電壓的有效途徑磁場強度對濺射電壓的影響當磁場強度為300G時，濺射電壓約為-350v；但當磁場強度升高到1000G時，濺射電壓下降至-250v左右。一般情況下，磁場強度越高、濺射電壓越低，但磁場強度為1000G以上時，磁場強度對濺射電壓的影響就不明顯了。因此為了降低ITO薄膜的濺射電壓，可以通過合理的增強濺射陰極的磁場強度來實現(xiàn)。RF+DC電源使用對濺射電壓的影響為了有效的降低磁控濺射的電壓，以達到降低ITO薄膜電阻率的目的，可以采用了一套特殊的濺射陰極結構和濺射直流電源，同時將一套3KW的射頻電源合理的匹配疊裝在一套6KW的直流電源上，在不同的直流濺射功率和射頻功率下進行降低ITO薄膜

32、濺射電壓的工藝研究。當磁場強度為1000G，直流電源的功率為1200W時，通過改變射頻電源的功率，經(jīng)大量的工藝實驗得出：“當射頻功率為600W時，ITO靶的濺射電壓可以降到-110V”的結論。因此，RF+DC新型電源的應用和特殊濺射陰極結構的設計也能有效的降低ITO薄膜的濺射電壓，從而達到降低薄膜電阻率的目的。 3、降低ITO薄膜電阻率的新沉積方法-HDAP法HDAP法是利用高密度的電弧等離子體（HDAP）放電轟擊ITO靶材，使ITO材料蒸發(fā)，沉積到基體材料上形成ITO薄膜。由于高能量電弧離子的作用導致ITO粒子中的In、Sn達到完全離化，從而增強沉積時的反應活性，達到減少晶體結構缺陷，降低電

33、阻率的目的。利用同樣成分的ITO材料，其它工藝條件保持一樣，并在同樣的基片溫度下，分別進行“DC磁控濺射”、“DC+RF磁控濺射”、“HDAP法制備ITO薄膜”的實驗。 實驗結果可以看出，利用HDAP法能獲得電阻率較低的ITO薄膜，尤其是在基片溫度不能太高的材料上制備ITO薄膜時，使用HDAP法制備ITO薄膜可以得到較理想的ITO薄膜?；瑴囟鹊?50左右時，這三種沉積方法對ITO薄膜電阻率的影響較小。通過掃描電鏡對磁控濺射和HDAP法制備的ITO薄膜進行了微觀分析。很明顯HDAP法制備的ITO薄膜表面平坦、均勻。HDAP法制備ITO薄膜主要是針對基體材料不能加熱，同時又要求ITO薄膜的電阻率

34、較低的制成比較適用。4.2 ITO薄膜在國內(nèi)的發(fā)展 在國內(nèi)，ITO薄膜設備的制造和發(fā)展是20世紀80年代開始的，主要是一些單體式的真空鍍膜設備，由于ITO工藝和制成方法的限制，因此產(chǎn)品品質(zhì)較差、產(chǎn)量較小，當時的產(chǎn)品主要用作普通的透明電極和太陽能電池等方面。20世紀90年代初，隨著LCD器件的飛速發(fā)展，對ITO薄膜產(chǎn)品的需求量也是急劇的增加，國內(nèi)部分廠家紛紛開始從國外引進一系列整廠ITO鍍膜生產(chǎn)線，但由于進口設備的價格昂貴，技術服務不方便等因素，使許多廠商還是望而卻步。80年代末，中國誕生了第一條TN-LCD用ITO連續(xù)鍍膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用的工藝路線是將銦錫合金材料利用直流磁控濺射的原理沉積

35、到基片的表面，并進行高溫氧化處理，將銦錫合金薄膜轉(zhuǎn)換成所需的ITO薄膜。這種生產(chǎn)線的特點是設備的產(chǎn)能較低，質(zhì)量較差，工藝調(diào)節(jié)復雜。90年代中期，隨著國內(nèi)LCD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對ITO產(chǎn)品的需求量增大的同時，對產(chǎn)品的質(zhì)量有了新的要求，因此出現(xiàn)了第二代ITO鍍膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線不僅產(chǎn)量比第一代生產(chǎn)線有了大幅度的提升，同時由于直接采用ITO陶瓷靶材沉積ITO薄膜，并兼容了射頻磁控濺射沉積SiO2薄膜的工藝，使該生產(chǎn)線無論從產(chǎn)品的質(zhì)量上、還是工藝可控性等方面與第一代生產(chǎn)線相比均有了質(zhì)的飛躍。99年，有效的解決了射頻磁控濺射沉積SiO2薄膜的沉積速率慢影響生產(chǎn)線的產(chǎn)能和設備的利用率等一系列問題，同時出現(xiàn)了第

36、三代大型高檔ITO薄膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線成功應用了中頻反應濺射SiO2薄膜的工藝、采用全分子泵無油真空系統(tǒng)、獨立的全自動小車回架機構。該生產(chǎn)線具備生產(chǎn)中高檔STN-LCD用ITO薄膜材料的能力。隨著反射式LCD，增透式LCD、LCOS圖影機背投電視等顯示器件的發(fā)展，對ITO薄膜產(chǎn)品提出了更高的要求，SiO2/ITO兩層膜結構的ITO薄膜材料滿足不了使用的需要，而比須采用多層復合膜系已達到產(chǎn)品的高反射性、或高透過率等光學性能要求。積累多年的設計開發(fā)經(jīng)驗，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)推出了第四代大型多層薄膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由15個真空室組成，采用全分子泵無油真空系統(tǒng)、使用了RF/MF/DC三種磁控濺射工藝、通過PE

37、M/PCV進行工藝氣體的控制。該生產(chǎn)線具有連續(xù)沉積五層薄膜的能力。隨著PDA、電子書等觸摸式輸入電子產(chǎn)品的悄然興起，相應材料的制成設備也應運而生。由于觸摸式產(chǎn)品工作原理的特殊性，其所需的ITO薄膜必須是在柔性材料（PET）上制成的，薄膜的沉積溫度不能太高（小于120），同時要求ITO膜層較薄、面電阻高而且均勻，所以對ITO薄膜的沉積工藝提出了嚴格的要求。隨著有機電致發(fā)光顯示器（OLED）以及其它顯示器件的發(fā)展，對ITO薄膜的制成工藝和設備將會有更新、更高的要求，同時也有力的推動了ITO薄膜制成設備的發(fā)展。5 聚酰亞胺薄膜（PI膜）聚酰亞胺薄膜(PolyimideFilm)是世界上性能最好的薄膜

38、類絕緣材料，由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在強極性溶劑中經(jīng)縮聚并流延成膜再經(jīng)亞胺化而成。5.1聚酰亞胺薄膜（PI膜）特性呈黃色透明，相對密度1.391.45，聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)良的耐高低溫性、電氣絕緣性、粘結性、耐輻射性、耐介質(zhì)性，能在269280的溫度范圍內(nèi)長期使用，短時可達到400的高溫。玻璃化溫度分別為280(Upilex R)、385(Kapton)和500以上(Upilex S)。20時拉伸強度為200MPa，200時大于100MPa。特別適宜用作柔性印制電路板基材和各種耐高溫電機電器絕緣材料。5.2聚酰亞胺優(yōu)點 (1)優(yōu)異的耐熱性。聚酰亞胺的分解溫度一般超過5

39、00,有時甚至更高,是目前已知的有機聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一,這主要是因為分子鏈中含有大量的芳香環(huán)。 (2)優(yōu)異的機械性能。未增強的基體材料的抗張強度都在100MPa以上。用均酐制備的Kapton薄膜抗張強度為170MPa,而聯(lián)苯型聚酰亞胺(Upilex S)可達到400MPa。聚酰亞胺纖維的彈性模量可達到500MPa,僅次于碳纖維。 (3)良好的化學穩(wěn)定性及耐濕熱性。聚酰亞胺材料一般不溶于有機溶劑,耐腐蝕、耐水解。改變分子設計可以得到不同結構的品種。有的品種經(jīng)得起2個大氣壓下、120,500h的水煮。 (4)良好的耐輻射性能。聚酰亞胺薄膜在5109rad劑量輻射后,強度仍保持86%;某

40、些聚酰亞胺纖維經(jīng)11010rad快電子輻射后,其強度保持率為90%。 (5)良好的介電性能。介電常數(shù)小于3.5,如果在分子鏈上引入氟原子,介電常數(shù)可降到2.5左右,介電損耗為10，介電強度為100至300kV/mm，體積電阻為1015-17cm。因此,含氟聚酰亞胺材料的合成是目前較為熱門的研究領域。上述性能在很寬的溫度范圍和頻率范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的。除此之外,聚酰亞胺還具有耐低溫、膨脹系數(shù)低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亞胺優(yōu)異的綜合性能和合成化學上的多樣性,可廣泛應用于多種領域。 5.3 PI膜未來發(fā)展 PI膜按照用途分為一般絕緣和耐熱為目的的電工級以及附有撓性等要求的電子級兩大類。電工

41、級PI膜因要求較低國內(nèi)已能大規(guī)模生產(chǎn)且性能與國外產(chǎn)品沒有明顯差別；電子級PI膜是隨著FCCL的發(fā)展而產(chǎn)生的，是PI膜最大的應用領域，其除了要保持電工類PI膜優(yōu)良的物理力學性能外，對薄膜的熱膨脹系數(shù)，面內(nèi)各向同性（厚度均勻性）提出了更嚴格的要求。未來仍需進口大量的電子級PI膜，其原因是國產(chǎn)PI膜在性能上與進口PI膜存在一定的差距，不能滿足FCCL中高端產(chǎn)品的要求。在預測未來市場價格方面，長期以來電子級PI膜的定價權一直由杜邦公司，鐘淵公司所掌控，但是隨著近年來韓國SKC和KOLON兩家公司的分別加入重組，以及經(jīng)濟危機對電子產(chǎn)品外銷的影響，產(chǎn)品價格也有所降低，但是電子級PI膜仍存在著較高的利潤空間

42、。6 光學鍍膜的應用前景6.1 光學鍍膜在光學上的應用： 根據(jù)光學性能的要求，需要改變光學鏡片表面對光波透射，反射能力，真空鍍膜就可以實現(xiàn)此項需求。在光學工業(yè)的應用大部分只要求在提高光學效率、減少雜光方面即可，如高效減反射膜、高反射膜。但是也要不少地方要求實現(xiàn)光束的調(diào)整或再分配的應用，分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根據(jù)不同需要進行能量再分配的光學元件，這些光學元件都可以滿足以上的要求。還有要求通過對波長的選擇性透過提高系統(tǒng)信噪比的元件，在這方面的光學鍍膜元件應用有窄帶及帶通濾光片、長波通、短波通濾光片。所以光學鍍膜在光學上的應用大致可分為反射鏡、增透膜、濾光片等等，其中，這些元件多數(shù)應用于天文

43、望遠鏡、建筑玻璃、相機、燈具等等。光學鍍膜在光學上的部分應用如下： 照相機鏡頭 光學濾波片6.2 光學鍍膜在電子電路上的應用： 真空鍍膜在電子行業(yè)中應用極為廣泛，在分類上有導電膜、絕緣膜、保護膜這幾種。下面具體介紹其中透明導電膜和導電加熱膜。透明導電膜：在玻璃、聚酯等基體上，真空鍍上氧化銦、氧化錫薄膜，就可實現(xiàn)即透明又導電的功能?？捎糜陲@示電報、平面照相電極、觀點效應記錄材料等方面。導電加熱膜：在玻璃燈基體上的局部框線真空鍍以鉻或鎳合金，接通電源，就可以實現(xiàn)加熱功能，用以清除因溫差帶來的水蒸氣燈。光學鍍膜在電子電路上的具體應用產(chǎn)品大概有：邏輯元件、運算器、磁片、CCD。6.3 光學鍍膜在機械工業(yè)的應用 自用真空鍍膜中的反應性離子鍍膜、磁控濺射鍍膜燈鍍膜技術問世。真空鍍膜在機械工業(yè)的引用范圍越來越廣泛。其中應用