几种膜系的理论及应用研究要点.docx

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几种膜系的理论及应用研究要点

武汉职业技术学院

毕业论文

几种膜系的理论及应用研究

系别:

光电子技术系

班级:

光电11303

作者:

***

指导教师:

***

2014年02月22日

摘要

镀膜是将光学薄膜沉积在光学零件表面的制造过程。

光学薄膜应用于各种反射和透射光学元件，薄膜技术是光学技术的一个重要组成部分。

镀膜技术涉及到光电技术、计算机、真空技术、材料科学、自动控制技术等领域。

本文阐述了几种常见镀膜工艺的特点，进行工艺比较，结合当前的实际应用对镀膜的应用做了一定的归纳和总结，对未来镀膜工艺进行展望。

着重介绍了ITO膜和PI膜

关键词：

镀膜薄膜ITO膜PI膜

1绪言.............................................................1

1．1镀膜意义.....................................................1

1．2光学薄膜.....................................................1

2镀膜技术.........................................................2

2.1常用的镀膜工艺................................................2

2.2三种镀膜工艺比较..............................................3

2.3三种镀膜工艺的应用............................................3

3光学薄膜分类.....................................................5

3.1减反射膜......................................................5

3.2反射膜........................................................6

3.3干涉滤光片....................................................7

3.4分光膜........................................................7

4ITO薄膜.........................................................8

4.1ITO薄膜基本性能...............................................8

4.2ITO薄膜在国内的发展.........................................11

5聚酰亚胺薄膜（PI膜）...........................................12

5.1聚酰亚胺薄膜（PI膜）特性.....................................12

5.2聚酰亚胺优点.................................................13

5.3PI膜未来发展................................................13

6光学镀膜的应用前景..............................................14

6.1光学镀膜在光学上的应用......................................14

6.2光学镀膜在电子电路上的应用..................................14

6.3光学镀膜在机械工业的应用....................................14

6.4光学镀膜在生活中的应用.......................................15

6.5前景展望....................................................15

参考文献..........................................................16

1绪言

1.1镀膜意义

镀膜在利用某些薄膜材料的红外线反射性能的同时，也利用了薄膜在可见光谱范围的干涉效应，通过对薄膜厚度的调整，既达到热反射功能，又可形成所需的反射颜色效果。

镀膜是用物理或化学的方法在材料表面镀上一层透明的电解质膜，或镀一层金属膜，目的是改变材料表面的反射和透射特性。

在可见光和红外线波段范围内，大多数金属的反射率都可达到78%~98%，但不可高于98%。

无论是对于CO2激光，采用铜、钼、硅、锗等来制作反射镜，采用锗、砷化镓、硒化锌作为输出窗口和透射光学元件材料，还是对于YAG激光采用普通光学玻璃作为反射镜、输出镜和透射光学元件材料，都不能达到全反射镜的99%以上要求。

不同应用时输出镜有不同透过率的要求，因此必须采用光学镀膜方法。

对于CO2激光灯中红外线波段，常用的镀膜材料有氟化钇、氟化镨、锗等；对于YAG激光灯近红外波段或可见光波段，常用的镀膜材料有硫化锌、氟化镁、二氧化钛、氧化锆等。

除了高反膜、增透膜之外，还可以镀对某波长增反射、对另一波长增透射的特殊膜，如激光倍频技术中的分光膜等。

当光线进入不同传递物质时（如由空气进入玻璃），大约有5%会被反射掉，在光学瞄准镜中有许多透镜和折射镜，整个加起来可以让入射光线损失达30%至40%。

现代光学透镜通常都镀有单层或多层氟化镁的增透膜，单层增透膜可使反射减少至1.5%，多层增透膜则可让反射降低至0.25%，所以整个瞄准镜如果加以适当镀膜，光线透穿率可达95%。

镀了单层增透膜的镜片通常是蓝紫色或是红色，镀多层增透膜的镜片则呈淡绿色或暗紫色。

1.2光学薄膜

由薄的分层介质构成的，通过界面传播光束的一类光学介质材料。

光学薄膜的应用始于20世纪30年代。

现代，光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。

虽然薄膜的光学现象早在17世纪就为人们所注意，但是把光学薄膜作为一个课题进行专门研究却开始于20世纪30年代以后，这主要因为真空技术的发展给各种光学薄膜的制备提供了先决条件。

时至今日，光学薄膜已得到很大发展，光学薄膜的生产已逐步走向系列化、程序化和专业化，但是，在光学薄膜的研究中还有不少问题有待进一步解决，光学薄膜现有的水平在不少工作中还不能满足要求，需要提高。

在理论上，不但薄膜的生长机理需要搞清，而且薄膜的光学理论，特别是应用于极短波段的光学理论也有待进一步完善和改进。

在工艺上，人们还缺乏有效的手段实现对薄膜淀积参量的精确控制，这样，薄膜的生长就

具有一定程度的随机性，薄膜的光学常数、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不稳定性和盲目性，这一切都限制了光学薄膜质量的提高。

就光学薄膜本身来说，除了光学性能需要提高，吸收、散射等光损耗需要减少之外，它的机械强度、化学稳定性和物理性质都需要进一步改进。

在激光系统中，光学薄膜的抗激光强度较低，这是光学薄膜研究中最重要的问题之一。

2镀膜技术

随着增透膜的不断开发和研究，光学增透膜的镀膜技术也在不断的发展。

光学增透膜的厚度要控制在可见光波长1/4波长的数量级上，增透膜的均匀度的要求也非常的苛刻。

尽管如此,在人们的不懈探索中，还是掌握了不少行之有效、先进的镀膜技术。

目前，常用的镀膜生产工艺有：

溶胶-凝胶镀膜、反应蒸发镀膜、真空阴极磁控溅射镀膜等工艺方法。

下面就这几种镀膜工艺分别进行介绍：

2.1常用的镀膜工艺

2.1.1溶胶-凝胶镀膜

是将III、V、VI族金属、半金属元素的有机化合物和无机盐溶于有机溶剂中获得溶胶镀液，采用浸渍或离心甩胶的方法涂覆在基片表面，再进行干燥脱水处理获得固体薄膜的方法。

例如制备光催化功能薄膜：

先水解再脱水（120℃下）

该技术对薄膜材料有要求：

有机极性溶体溶解度范围不能窄，最好不用水溶液;有少量水参与时应容易发生水解，而且水解形成的薄膜不应溶解，生成的挥发物易于去除;水解形成的氧化物应易于低温充分脱水;薄膜、基片附着力好。

2.1.2反应蒸发镀膜

在蒸发不少金属氧化物时,会出现缺氧现象,这会使光学膜产生光吸收现象。

在反应沉积过程中,通过向剩余气体中加氧可以适当消除光吸收的影响。

由于热分解或太低的蒸发压强而化合物不可能直接蒸发的所有情况都可采用反应蒸发镀膜技术。

通常用低价氧化物或金属原材料生产氧化膜,也可用这种方法生产硫化物和氮化物或其他化合物。

必须注意的是在反应条件下进行蒸发时,需要连续补充化学反应消耗的气体。

在薄膜沉积中,必须选择相关过程的所有参数,使沉积的薄膜满足最佳化标准。

用这种方法生产的氧化物膜的质量通常仍然略低于计算结果并略有吸收。

这种反应蒸发膜呈多晶,非晶或聚合物结构,表面较粗糙,并有柱状或海绵状微细结构,这些微细结构有较大的空隙和较大的内表面。

除此以外,膜层对基底的附着力很差,抗磨损能力和硬度都很低。

由于膜的密度小,膜的折射率比块状氧化物折射率低得多。

膜的吸收水蒸气和其他气体使其折射率和其他物理性质改变。

在反应蒸发之前,把基底加热到300℃左右,可以提高膜的质量。

虽然加热基底可能会导致较粗糙的膜结构、增加表面粗糙度,但是加热基底已成为镀膜过程的不可缺少的步骤。

2.1.3真空阴极磁控溅射镀膜

又称离线镀膜，是将玻璃置于真空室中，在真空室内通入反应性气体，当对溅射阴极通电时，在电场的作用下，从阳极表面发射出电子，电子在电场的加速下能量迅速提高，高能电子将于阴极表面区域的空间的气体分子相碰撞，使气体分子电离，带正电的粒子在电场的加速下，高速向阴极表面撞击，将金属粒子击出，同时由于粒子碰撞靶表面产生大量二次电子，电子又在电场的加速下成为高能电子，从而维持这种导常辉光放电。

其中，被带正电的粒子从靶表面出的金属粒子，会沉积在玻璃上，形成薄膜。

采用这种方法，可以进行多层膜的生产，可形成的材料极多。

绝大部分的金属和无机非金属均可成膜。

“控阴极溅射的原理”是在阴极内部装有永久磁铁或电磁铁。

磁场穿透阴极表面的金属溅射靶，在对溅射阴极通电时，产生了一次电子，一次电子既在磁场束缚下又在电场的加速下，形成螺旋式运动轨迹，大大增加了加速时间及运动路程，提高了与空间气体分子相碰撞的几率和速度，从而提高了溅射沉积率。

分为热反射镀膜和低辐射Low-E镀膜。

除此以外，采用真空磁控溅射镀膜法生产热反射镀膜玻璃，还具有膜层牢固和均匀，化学稳定性能好等优点，并且能获得多种理想光学性能和丰富的反射颜色。

采用热反射镀膜时，可以进行多层膜的生产，可形成的材料极多。

离线低辐射Low-E镀膜需镀一层纯银薄膜作为功能膜，纯银薄膜在两层金属氧化物膜之间，金属氧化膜对纯银膜提供保护，且作为膜层之间的中间层，能增加颜色的纯度及光的透射水平。

由于有多种金属靶材可以选择，及多种金属靶材组合，所以溅射法生产的离线低辐射Low-E镀膜可由多种配置，在颜色和纯度方面溅射镀膜液优于热喷涂，而且离线法的新产品开发方面也比较灵活。

最主要的优点在于溅射生产的离线低辐射Low-E镀膜的中空玻璃其“U”值优于热解法产品的“U”值，但它的缺点就是膜层比较脆弱。

2.2三种镀膜工艺比较

溅射镀膜与蒸发镀膜相比，有许多优点,如任何物质均可以溅射，尤其是高熔点，低蒸气压元素和化合物;溅射膜与基板之间的附着性好;薄膜密度较高;膜厚可控制性和重复性较好等。

缺点是设备比较复杂，需要高压装置;

将