1、真空薄膜技术与薄膜材料的应用真空薄膜技术与薄膜材料的应用真空薄膜技术与薄膜资料的运用及学习薄膜技术意义张龙 090243138 资料物理摘 要： 本文主要讲述薄膜资料的一些基本特点和在动力，军事以及其它方面的一些运用，并罗列局部运用比拟普遍的薄膜资料及现今前沿的薄膜资料和薄膜技术如光学薄膜中的太阳能薄膜，眼镜镀膜，抗反射膜及其他的一些耐腐蚀薄膜和电容薄膜，并论述学习薄膜技术的意义。关键词：薄膜； 运用； 开展； 意义Abstract： This article focuses on some basic characteristics of thin film material and the
2、 application of in the energy, military and some other aspects. Then it gives part of broader application of the thin film material and the edge of the film materials and thin film technologies such as optical thin films in solar thin film, optical coating, anti reflective film and other corrosion r
3、esistant film and film capacitors. At last it gives the significance of the thin film technology and expounds.Keywords：Thin Film； Application； Development； Meaning引 言： 真空薄膜技术开展至今已有200年的历史。在一代代探求者的艰辛研讨下各种资料的薄膜化曾经成为一种普遍趋向，以致于将薄膜资料及薄膜技术看成21世纪迷信与技术范围的重要开展方向之一。注释：真空薄膜技术开展至今已有200年的历史。在19世纪可以说不时是处于探求和预研阶段。
4、经过一代代探求者的艰辛研讨，时至昔日少量具有各种不同功用的薄膜失掉了普遍的运用，薄膜作为一种重要的资料在资料范围占据着越来越重要的位置，各种资料的薄膜化曾经成为一种普遍趋向。其中包括纳米薄膜、量子线、量子点等低维资料，高K值和低K值介质薄膜资料，大规模集成电路用Cu布线资料，巨磁电阻、厐磁电阻等磁致电阻薄膜资料，大禁带宽度的硬电子学半导体薄膜资料，发蓝光的光电半导体资料，高透明性低电阻率的透明导电资料，以金刚石薄膜为代表的各类超硬薄膜资料等。这些新型薄膜资料的出现，为探求资料在纳米尺度内的新现象、新规律，开发资料的新特性、新功用，提高明大规模集成电路的集成度，提高信息存储记载密度，扩展半导体资
5、料的运用范围，提高电子元器件的牢靠性，提高资料的耐磨抗蚀性等，提供了物质基础。以致于将薄膜资料及薄膜技术看成21世纪迷信与技术范围的重要开展方向之一。薄膜技术与薄膜资料之所以遭到人们的关注，主要基于下面几个理由：1 薄膜资料是典型的二维资料，即在两个尺度上较大，而在第三个尺度上很小。2 作为二维资料，薄膜资料的最主要特点是所谓尺寸特点，应用这个特点可以完成各种元器件的微型化、集成化。 3 由于尺寸小，薄膜资料中外表和界面所占的相对比例较大，外表所表现的有关性质极为突出，存在一系列与外表界面有关的物理效应。 4 在外表，原子周期性中缀，发生的外表能级、外表态数目与外表原子数有同一量级，关于半导体
6、等载流子少的物质将发生较大影响。 5 外表磁性原子的相邻原子数增加，惹起外表原子磁矩增大。6 薄膜资料各向异性等等。 薄膜资料种类单一,运用普遍,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与维护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。薄膜及微细加工技术的运用范围极为普遍，从大规模集成电路、电子元器件、平板显示器、信息记载与存储、MEMS、传感器、太阳能电池，到资料的外表改性等，触及高新技术产业的各个范围。薄膜资料的运用薄膜技术与薄膜资料依据用途可以分为民用和军用两大类。首先我们先来引见很受人们注目的主要有一下几种薄膜：一、光学薄膜光学薄膜
7、是一种为改动光学零件外表光学特性而镀在光学零件外表上的一层或多层膜。可以是金属膜、介质膜或这两类膜的组合。它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。减反射膜是运用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研讨课题，研讨的重点是寻觅新资料，设计新膜系,改良淀积工艺,使之用最少的层数，最复杂、最动摇的工艺，取得尽能够高的成品率，到达最理想的效果。其中的原理 膜有两个界面就有两个矢量，每个矢量表示一个界面上的振幅反射系数。假设膜层的折射率低于基片的折射率，那么在每个界面上的反射系数都为负值，这说明相位变化为180假定反射光存在于折射率比相邻媒质更低的媒质内，那
8、么相移为180;假定该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率，那么相移为零。 当膜层的相位厚度为90时，即膜层的光学厚度为某一波长的四分之一时，那么两个矢量的方向完全相反，合矢量便有最小值。假设矢量的模相等，那么对该波长而言，两个矢量将完全抵消，于是出现了零反射率。图一 减反射膜光路图1.镀膜眼镜我们日常所戴的眼镜上就镀了一层光学薄膜，光线经过镜片的前后外表时，不但会发生折射，还会发生反射。这种在镜片前外表发生的反射光会使他人看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片外表一片白光。拍照时，这种反光还会严重影响戴镜者的美观。此外，眼镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点构成一个明晰的像，也可以解释为所视物的光线经过
9、镜片发作偏折并聚集于视网膜上，构成像点，由于屈光镜片的前后外表的曲率不同，并且存在一定量的反射光，它们之间会发生内反射光。内反射光会在远点球面左近发生虚像，也就是在视网膜的像点左近发生虚像点。这些虚像点会影响视物的明晰度和温馨性。眼镜镀膜后，就可在镜片外表镀上具有一定厚度和层数的光学薄膜，镀膜后的镜片，可维护镜片外表不受腐蚀和磨损，提高透光率和明晰度。使镜片可在摄影、拍照时增加镜片反光，同时使镜片有锐目颜色。有两种镀膜镜片：反射式滤光镜片。在镜片外表镀金、银、硫化锌等。镀膜能反射可见光、红外线及r射线，对眼起维护作用。抗反射增透镜片。镜片镀氟化镁、二氧化硅、氟化铝等，可增加镜面反射，提高镜片的
10、透过率。外观美，有助于摄影拍照。 镀膜眼镜的优点：1视物清楚，增加镜面反射光，添加了光线透过率。 2镀膜眼镜能防止紫外线、红外线、X线对视力的损伤。配戴镀膜眼镜观力不易疲劳。对荧光屏前任务人员的视力可遭到维护。 3镀膜眼镜可以降低镜片外表的反射光，处置戴眼镜在强光下照像的难题，添加美感。 4镜片能经受各种不良环境，高温、雨淋、海水浸泡也不会零落。 镜面镀膜有三层： 外层防污膜是防灰尘和油渍； 中层防反射膜，是提高镜片光线经过率 内层加硬膜是防止镜片磨损、刮花。图二 眼镜片外表施加一层超薄膜2. 太阳能薄膜技术1973年世界迸发了第一次动力危机，使人们清醒地看法到地球上化石动力贮藏及供应的有限性
11、，客观上要求人们必需寻觅其它可替代的动力技术，改动现有的以运用单一化石动力为基础的动力供应结构。为此，以美国为首的西方兴旺国度纷繁投入少量人力、物力和财力支持太阳电池的研讨和开展，同时在以亟待处置的与化石动力熄灭有关的大气污染、温室效应等环境效果的促使下，在全世界范围内掀起了开发应用太阳能的热潮，也由此拉开了太阳电池发电的序幕。薄膜太阳电池可以运用在价钱昂贵的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同资料当基板来制造，构成可发生电压的薄膜厚度仅需数um，目前转换效率最高以可达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也由于具有可挠性可以制形成非平面结构其运用范围大，可与修建物结合或是变成修建体的一部份，
12、运用十分普遍。太阳能电池有以下几类：硅基太阳能电池(单晶/多晶/非晶)(24.7%)化合物太阳能电池(砷化镓/硫化镉/碲化镉/铜铟硒等)无机薄膜太阳能电池 (酞青类化合物/导电聚合物等)纳米薄膜太阳能电池(纳米TiO2)硅资料是目前太阳电池的主导资料，在成品太阳电池本钱份额中，硅资料占了将近40%，而非晶硅太阳能电池的厚度不到1m，缺乏晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了。又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(200)、易于完成大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要位置。图三 大规模薄膜硅太阳能电池 近年来,业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的掌握。日本产业技术综合
13、研讨所于去年2月曾经研制出目前世界上太阳能转换率最高的无机薄膜太阳能电池，其转换率已到达现有无机薄膜太阳能电池的4倍。此前的无机薄膜太阳能电池是把两层无机半导体的薄膜接合在一同，其太阳能到电能的转换率约为1%。新型无机薄膜太阳能电池在原有的两层结构中间参与一种混合薄膜，变成三层结构，这样就添加了发生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。从而有了愈加宽广的运用前景。 3. 抗反射膜光学薄膜与国防科技的关系也颇为亲密。理想上光学薄膜所以会这么样的蓬勃开展是由于它在军事上有不可缺少的需求而被开收回来的。首先是抗反射膜的运用。 抗反射膜所谓抗反射膜是在光学组件外表镀上一层或数层的光学薄
14、膜，形成一些界面，使得经由各个界面反射回来的光波与光波之间发生破坏性的干预，而终至见不到反射光。军事上用到抗反射膜的中央很多，只需有接受光信号 (不论可见光或红外光) 或发射光信号的中央一定要做抗反射膜处置。最罕见到的譬如 :维护窗、目镜、物镜及任何透镜的两面都会镀上抗反射膜。镀抗反射膜的意图有二，其一是借着增加反射而添加整个光学系统的透射率。当基板的折射率愈大及片数愈多时，透射率就会愈低，以锗Ge来说，其折射率为4，假定系统中有两片锗基板而不镀抗反射膜时透射率就会小于22%，也就是说至少78%的能量会流失掉。硅 (Si)的折射率为3.4，能量的损耗也很严重，而锗锗及硅是军事上很重要的资料，可
15、见抗反射膜在军事上是不可缺少的。镀抗反射膜的缘由之二是可以使光学系统所成的影像的明晰度增高，这是由于假定没有镀抗反射膜那么基板的反射光束来回于系统中会使影像的背景变差，对比度降低。影像近旁会有个相似的影像存在，俗称鬼影。图四 红外光滤光膜热成像抗反射膜的运用添加了光学组件的透射率，使双筒望远镜能看得更清楚，使进入侦器的光信号强度添加。这在红外线光学系统中表现得更为清楚。其次是金属反射膜的运用。它使反射式望远镜变得十分易行有用。它在改动光的途径，如潜望镜，它使在隐藏中观测敌情变成十分复杂。第二次世界大战后，由于飞弹的开发，各种光网及红外光滤光膜的研制变得十分重要，不但薄膜设计上有了很大的停顿，薄
16、膜资料的开发上也有很大的提高。待雷射发明后，军事上对光学薄膜的需求更是有增无减，而且质量要求更高，种类也更多。也可以说，光学薄膜再次滋长了武器的功力。二.、耐腐蚀薄膜除却光学薄膜外，又由于耐腐蚀薄膜的普遍运用使其在防腐工艺上有着极端重要的作用。高速电弧喷涂长效防腐技术。电弧喷涂技术运用最为普遍的范围是长效防腐层的制备，电弧喷涂锌、铝及锌铝合金涂层具有优秀的防海水、陆地大气、盐雾以及土壤的腐蚀才干，参与稀土可以有效地改善涂层的物理化学功用，提高涂层的耐腐蚀功用。 纳米电刷镀防腐耐磨涂层技术。维修外表工程研讨中心成功地将纳米资料与电刷镀技术相结合，开发了纳米复合电刷镀技术。它是在惯例电刷镀镀液中参
17、与一种或几种纳米颗粒，经过高能机械化学法使纳米颗粒平均分散并动摇悬浮，刷镀进程中纳米颗粒与基质金属镍发作共堆积，从而失掉弥散散布着硬质纳米颗粒的复合刷镀层，提高了基体资料的防腐功用。该技术可以对腐蚀的飞机蒙皮停止快速修复。 非晶态合金化学镀层防腐技术。非晶态合金化学镀层技术是一种在不加外电流的状况下，应用化学恢复的方法使镍阳离子恢复成金属镍并堆积在催化金属外表上的方法。该技术经过控制磷含量失掉的非晶态镀层致密、孔隙少，耐腐蚀功用优于电镀层。经过非晶态镀层与不锈钢在几种不同腐蚀介质中的腐蚀速率对比，其耐腐蚀功用清楚优于不锈钢资料。 纳米固体薄膜减摩防腐技术。纳米固体薄膜减摩防腐技术是将固态物质涂
18、镀于摩擦界面，起到固体润滑作用，以降低摩擦，增加磨损，同时具有防止腐蚀的作用。此外，纳米固体薄膜减摩防腐技术特别适用于处置特殊工况条件下的润滑难题。 纳米防腐涂料及涂装技术。采用纳米资料分解高功用无机硅酸盐树脂，并研制成功了无机硅改性水性硅酸盐富锌涂料，将其作为钢结构长效防腐底漆。针对不同环境，设计综合维护涂层体系。经运用考核，漆膜防护功用优秀，涂层完整如新，无任何粉化、腐蚀锈斑等损坏现象发作。对纳米锌粉/磷酸盐无机自干防腐底漆停止了实验功用测试，涂层功用良好。无机硅改性水性硅酸盐富锌涂料经过1000小时的盐雾实验，防腐蚀效果良好。 三、薄膜电容器而薄膜特殊的尺寸及量子效应促使了器件的庞大型化
19、，不只可以坚持器件的原有功用并使之强化，而且，随着器件的尺寸减小乃至接近电子或其他粒子量子化运动的尺度，薄膜资料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜以及目前正鼎力开发的量子线、量子点等技术是制备这类新型功用器件的有效手腕。 薄膜电容器是以金属箔当电极，将其和聚乙酯，聚丙烯，聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，从两端堆叠后，卷绕成圆筒状的结构之电容器。而依塑料薄膜的种类又被区分称为聚乙酯电容(又称Mylar电容)，聚丙烯电容(又称PP电容)，聚苯乙烯电容(又称PS电容)和聚碳酸电容。图五 薄膜电容薄膜电容器由于具有很多优秀的特性，因此是一种功用优秀的电容器。它的主要等性如下：无极性，绝缘阻抗很高，
20、频率特性优秀(频率照应广阔)，而且介质损失很小。基于以上的优点，所以薄膜电容器被少量运用在模拟电路上。尤其是在信号交连的局部，必需运用频率特性良好，介质损失极低的电容器，方能确保信号在传送时，不致有太大的失真情形发作。在一切的塑料薄膜电容当中，又以聚丙烯(PP)电容和聚苯乙烯(PS)电容的特性最为清楚。四、薄膜夜视设备目前运用的大少数夜视设备装着一大堆电子元件，需求几千伏特的任务电压。为了让画面愈加逼真，夜视镜的镜头与镜头之间必需坚持真空形状，因此整个装置比拟繁重。而国外某专家那么应用薄膜技术发明了一种新型的夜视眼镜。图六 夜视薄膜其原理是这样的，当红外光进入由七层不异性质资料组成的薄膜时，被
21、第一层资料侦测到，于是细微的充电机制被激起，同时附加的电能约3至5伏将收到的信号缩小后转换成可见光。虽然这种新装置与现今大少数夜视摄像头一样会收回令人毛骨悚然的绿光，但前者的共同之处在于其重量：不到100克。深加工后，重量可以降到10克，而厚度只要几微米。这意味着，传统的轻巧夜视镜将被轻巧的贴膜取而代之，总重量甚至不超越半副纸牌。学习薄膜技术的意义如今资料、动力、信息工程是近代社会在物质上的三大支柱,有人还说资料是动力、信息工程的基础。而资料研讨至今所面临的效果是扩展资源,提高质量,改良功用与合理运用。如何提高质量,改良功用,目前集中留意到两个方面:一个是资料外表的研讨,曾经开展为资料外表技术
22、新范围,另一个是研讨资料外部的结构如非晶、微晶、高完整性结晶等效果。资料外表技术日益遭到注重的缘由是近代技术对资料多方面功用的要求,已远非一种资料所能满足。再者，薄膜制造和微细加工工艺不时创新，特别是各种薄膜在高新技术中的运用愈加普及至使互联网中采集、处置信息及通讯网络设备中，都需求数量庞大的元器件、电子回路、集成电路等，制造这些都要采用薄膜技术可以说，薄膜技术和薄膜资料已成为构筑高新技术产业的基本要素。在迷信一日千里的明天，真空薄膜技术与薄膜资料越来越发扬其无可替代的作用。无论在民用或军事上，我们都可以发现它的影子。在民用上，它在微电子行业上的作用越发突出，并出现一系列以薄膜技术与薄膜资料为
23、根基的高科技新产品，而以太阳能薄膜为代表的一系列光学薄膜，在应用太阳能等新动力方向上给人们以新的希望，防腐薄膜等耐腐蚀薄膜使我们的产品愈加耐用，为我们的飞机保驾护航；在军事上，以薄膜技术与薄膜资料为基础的新一代隐形技术，防腐蚀技术以及导弹追踪技术那么给予我们愈加稳固的国防。在真空薄膜技术与薄膜资料的研讨上，中国取得了很大的成就，但由于我国科研起步较晚，使得我国在薄膜技术的研讨上与国外先进技术相比有一定差距。作为马上就要进入社会的一代人，我们必需扎实学习薄膜技术及相关知识，为祖国的社会主义现代化做贡献，努力追平与国外的差距，甚至逾越。参考文献1蔡诚，姜洋. 光学薄膜在太阳能电池中的运用，20202邹红叶. 硅薄膜太阳能电池的原理及其运用：物理通报, 2020 3卢进军. 光学薄膜技术， 2020 4田民波. 薄膜资料与薄膜技术，20065杨邦朝. 薄膜资料与薄膜技术的开展意向：电子元件与资料, 19946唐晋发. 国外光学薄膜技术开展概略：激光与红外, 19837Kalkan, Ali Kaan; Ph.D： the Pennsylv.ania State University, 20018Di Giuseppe, Gianfranco： Ph.D; Illinois Institute of Technology, 2000张龙2020年12月13日
