薄膜

薄膜是不同于其它物态(气态、液态、固态和等离子态)的一种凝聚态,有人称之谓物质的第五态。顾名思义,薄膜就是薄层材料。它可以理解为气体薄膜,如吸附在固体表面的气体薄层;也可理解为液体薄膜,如附着在液体或固体表面的油膜。这里所指的薄膜是固体薄膜,即使是固体薄膜,也可分为薄膜单体和附着在某种基体上的另一种材料的固体薄膜,这里所说的薄膜属后一种。它可以是在固体表面上镀上一层与基体材料不同的薄层材料;也可以是利用固体本身生成一层与基体不同的材料。至于薄膜的厚度应为多少,这无严格的定义,通常是指厚度为几微米以下的薄层。薄膜的基体材料有绝缘体,有玻璃、陶瓷等。也有半导体,如硅、锗等。也有各种金属     

柱状晶形貌TiO2膜厚对FTO/TiO2镀膜玻璃光催化活性影响

采用溶胶凝胶法,在FTO(SnO2:F)低辐射镀膜玻璃衬底上制备了柱状晶体结构的TiO2薄膜,获得双层结构FTO/TiO2镀膜玻璃样品.研究了TiO2薄膜厚度对FTO/TiO2镀膜玻璃样品的光催化活性、低辐射性能以及透光性能的影响.结果表明,FTO/TiO2镀膜玻璃样品光催化活性随着TiO2薄膜厚度的增加先升高后下降,在TiO2薄膜厚度为300 nm时光催化活性最佳;低辐射性能随着TiO2薄膜厚度的增加而下降,但TiO2薄膜厚度为300 nm时仍然具备一定的低辐射性能;透光性能与TiO2薄膜膜厚的关系不大,可见光透射比保持在72%左右;表面平均粗糙度约为1 nm,表面光滑,不易沾染油污灰尘.该镀膜玻璃在保证低辐射建筑节能和透光的前提下,兼具光催化自清洁功能,具有很好的应用前景.     

基于光谱干涉椭偏法的薄膜厚度测量

薄膜厚度的测量在芯片制造和集成电路等领域中发挥着重要作用。椭偏法具备高测量精度的优点,利用宽谱测量方式可得到全光谱的椭偏参数,实现纳米级薄膜的厚度测量。为解决半导体领域常见的透明硅基底上薄膜厚度测量的问题并消除硅层的叠加信号,本文通过偏振分离式光谱干涉椭偏系统,搭建马赫曾德实验光路,实现了近红外波段硅基底上膜厚的测量,以100 nm厚度的二氧化硅薄膜为样品,实现了纳米级的测量精度。本文所提出的测量方法适用于透明或非透明基底的薄膜厚度测量,避免了检测过程的矫正步骤或光源更换,可应用于化学气相沉积、分子束外延等薄膜制备工艺和技术的成品的高精度检测。     

Ag层厚度对AZO/Ag/AZO透明导电薄膜性能的影响

在室温条件下,采用磁控溅射技术在玻璃衬底上生长了AZO/Ag/AZO多层透明导电薄膜。主要研究了Ag层厚度对多层透明导电薄膜结构和性能的影响。研究表明,AZO和Ag分别延(002)面和(111)面高度择优生长,随着Ag层厚度的增加,多层透明导电薄膜的电阻率不断降低,透过率呈现先降低再增加最后再降低的变化趋势,其中Ag层厚度为8nm的样品获得最大品质因子33.1×10^-3Ω^-1,综合性能最佳。     

多层微纳薄膜的高精度检测技术进展

在半导体、机械加工等行业中广泛应用的多层微纳薄膜通常是由数个纳米厚度的单层膜叠加形成的,在其制造过程中,由于工艺条件所限,薄膜厚度的均匀性会出现误差,进而影响其性能。因此薄膜厚度的准确测量至关重要,亟需一种无损、高精度、快速的检测技术对薄膜的厚度及其均匀性进行测量、检测。回顾近年来多层膜在不同领域的应用现状,分析了目前应用于多层膜厚度测量的技术（如X射线衍射等）及其不足,以及椭圆偏振法技术的研究进展,最后介绍了机器学习在厚度测量中的应用,并对未来机器学习与测量结合的前景进行了展望。     

X射线反射法分析ZnO基薄膜的厚度、密度和表面粗糙度

采用X射线反射法(XRR)测试了在SiO_2玻璃衬底上磁控溅射沉积的单层ZnO基薄膜的反射强度,得到了反射强度随掠入射角变化的曲线;讨论了薄膜厚度、密度和表面粗糙度与反射曲线的关系,最后通过拟合XRR曲线获得了所制备薄膜的厚度、密度和表面粗糙度分别为55.8 nm,5.5 g·cm~(-3)和1.7 nm,与利用XRR数据直接计算出的薄膜厚度56.2 nm仅相差0.4 nm,表面粗糙度也与AFM测试的结果基本相符。可见XRR能无损伤、精确且快速地测试薄膜试样的厚度、密度和表面粗糙度等参数。     

一种SnO2:Sb薄膜玻璃样品的低辐射特性测试装置设计与实现

低辐射玻璃是在玻璃表面镀上一层透明导电氧化物薄膜的玻璃,其在可见光波段有比较好的透过率,保证了采光的需求,同时对中远红外波段具有较强的反射率。文中设计和实现了一种结构简单、成本低廉、测试周期短的低辐射玻璃样品辐射特性测试装置,可简单快速对样品进行优劣判断,加快研发进程。通过对制备的SnO₂:Sb薄膜玻璃样品进行辐射特性分析,基本满足低辐射玻璃的性能要求。实验结果表明,在光源辐照3 h后,普通玻璃窗口的杜瓦瓶内温度由21.5℃升高到45.7℃,而SnO₂:Sb薄膜玻璃窗口的杜瓦瓶内温度由21.5℃升高到43.3℃,比普通玻璃窗口的杜瓦瓶内温度低了2.4℃。在自然冷却阶段,拥有更高温度的普通玻璃窗口的杜瓦瓶更快地下降到室温。相关测试表明该装置具有一定可用性、实用性和推广性。     

致密ZnO薄膜的电化学制备及光学性能研究

采用电化学沉积法在ITO导电玻璃上沉积1层致密的ZnO薄膜。用扫描电镜（SEM）对在不同电解液浓度、电压和时间下制备的ZnO薄膜的表面形貌作了表征,并观测了ZnO薄膜的厚度,结果表明当电解液的质量分数为1.2%,电压为1.0V,时间为60s时,制备的ZnO薄膜致密且厚度仅为120nm,利用分光光度计测得ZnO薄膜在可见光波段的透射率高于50%,为ZnO薄膜在多层光学超材料中的应用奠定了基础。     

射频反应磁控溅射制备低辐射薄膜

采用射频反应磁控溅射法制备了低辐射薄膜.对低辐射膜的薄膜结构的设计和测试结果表明：较合适的膜层结构是空气/二氧化钛/钛/银/二氧化钛/玻璃基片的多层结构.用扫描电镜分析了保护层钛层的作用,研究表明：银膜很容易氧化失效,失去反射红外紫外光作用,在表面镀覆钛保护层可以很好地保护银,避免银氧化,从而提高使用寿命.用分光光度计测试样品的透射率,当保护层钛层厚度为1 nm时,相应的膜系在可见光区（380 nm～780 nm）,最高透射率可达82.4%,平均透射率是75%;在近红外区（780 nm～2500 nm）的平均透射率为16.2%,可以满足建筑物幕墙玻璃等低辐射膜的要求.     

薄膜厚度和工作压强对室温制备AZO薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在室温下、普通玻璃基片上制备了AZO透明导电薄膜。用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计和四探针测量了不同薄膜厚度和不同工作压强下所得样品的结构、电学和光学性能,结果表明,所制备的AZO薄膜均具有六角纤锌矿结构,沿c轴择优取向生长;在可见光范围内,薄膜平均透过率约为80%;随着薄膜厚度的增加和工作压强的降低,薄膜的电阻率呈下降趋势;得到的薄膜最低方块电阻为7.5Ω/□。     

介质薄膜的透射光谱测量及其光学参数的分析

介绍介质薄膜透射光谱的测量以及基于分析薄膜透射光谱的计算薄膜光学参数的方法。对制备在玻璃基板上的二氧化钛、二氧化硅和氧化锌薄膜进行了可见光谱区的透射比测量，并用包络线方法和最优化方法对这些透明薄膜的光学参数进行了计算和分析。着重讨论了最优化方法在分析薄膜光学参数中的应用及其误差分析。此外，还对包络线方法和最优化方法进行了比较。     

基于遗传退火算法的多层薄膜厚度测量

根据薄膜光学计算理论和最优化理论,本文提出了一种测量多层薄膜厚度的新的全局优化算法.首先利用遗传的种群性去寻找多个局部极值,然后将较优和较差的种群按一定概率接收并作为模拟退火的初值进行搜索.最后结合共轭梯度算法来提高收敛速度,使整体搜索效率进一步提高.这种遗传退火算法有效地提高了算法的稳定性,减少了算法对膜厚搜索范围的限制.文章最后以3层和4层光擘薄膜为例,利用该算法在10 nm至5 μm的大范围内搜索,所取得的结果,其测量误差小于1%.     

TiNx/SiO2/Ag/SiO2低辐射膜耐H2S气体的腐蚀性能

为了提高玻璃片上SiO2/Ag/SiO2复合膜的耐腐蚀性能,用磁控溅射法在其上制备了TiNx薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描隧道显微镜(STM)研究了TiNx薄膜的结构及表面形貌;参照GB/T 5137.3-2002电子产品硫化氢腐蚀的检验方法研究了TiNx/SiO2/Ag/SiO2低辐射膜耐H2S气体的腐蚀性能....     

高透钻面玻璃在线连续镀膜技术研究

使用立式连续直线镀膜生产线,采用真空磁控溅射技术在玻璃表面设计并镀制了Nb2O5/Si O2/Nb2O5/Si O2/CNx多层纳米硬质增透薄膜,并研究其透过率、硬度及理化性能。结果表明:通过引入线性阳极层离子源,控制并形成新的磁控溅射镀膜工艺,钻面玻璃产品的表面硬度达994.8 HV,是普通玻璃的2倍以上;在可见光透过率≥94%,具有一定的增透效果;经过酸/碱/溶剂/热处理后的透过率衰减ΔT0.1%,理化性能优良。     

WO3电致变色薄膜制备过程中光学膜厚测量监控技术的研究

采用真空电子束蒸发方法制备WO3电致变色薄膜过程中，利用极值法光学膜厚测量技术监控薄膜的光学特性，对不同光学膜厚的WO3薄膜的原始态、着色态和退色态的光谱特性进行了对比分析。测试采用二电极恒电压方法，用分光光度计实时测量透过率的变化。结果证明以ITO玻璃作为比较片，极值法监控薄膜光学膜厚，当反射率达到第一极小值，即透过率达到第一极大值时，WO3薄膜得到最好的综合电致变色特性。     

Optimization of the thickness of glass/TiO2/Ag/Ti/TiO2/SiON multilayer film

The TiO₂/Ag/Ti/TiO₂/SiON multilayer film was deposited on glass substrate at room temperature using magnetron sputtering method. By varying the thickness of each layer, the optical property was optimized to achieve good selective spectral filtering performance in Vis-NIR region. The multilayer film achieves maximum transmittance of 92.7% at 690 nm, in which the both TiO₂ layers are 33 nm. For good conductivity and transmittance, a 4 nm Ti layer and a 30 nm SiON layer are necessary.     

一种测量表面膜层厚度的新方法

在近年来迅速发展的微细加工技术中,表面膜层厚度的测量是十分重要的问题。本文提出一种新方法,它利用迈克耳逊干涉光路,通过对膜层前后两表面反射光束和来自另一臂的反射光束产生的两组白光干涉纹黑线间隔的测量,即可得到表面膜层的厚度、这种测量方法迅速、简便、设备简单、精确度高、不损伤膜层表面,适合在实验室和工厂广泛应用。     

Microscale deformation behavior of amorphous/nanocrystalline multilayered pillars

Metallic glasses have recently been extended their research and application in micro-electro-mechanical systems (MEMS). However, the brittle nature of metallic glasses in the bulk and thin film forms inevitably imposes limitation. The current study applies the new idea to adopt a thin layer of nanocrystalline metal film beneath the brittle binary ZrCu thin film metallic glass (TFMG) layer. This metal film needs to be sufficiently strong in modulus and strength and needs to be deposited with the appropriate film orientation. The face-centered cubic Cu {111} film appears to be too soft, the body-centered cubic Mo {110} film behaves to be too brittle, but the hexagonal close-packed Zr {0001} film matches all above requirements. The shear bands initiated in the ZrCu thin film metallic glass layer can be absorbed and accommodated by the nanocrystalline Zr {0001} layer via the nano-twinning mechanism. The original brittle ZrCu TFMG, with the inclusion of a Zr layer beneath, can behave highly ductile with semi-uniform plastic deformation of 55%, even more ductile than most pure metals. The amorphous-crystalline interface exhibits good strain compatibility after appreciable plastic deformation. This finding can impose great impact on the TFMG/metal multilayer structures useful for MEMS design.     

采用真空磁控反应溅射和热水氧化法制备AlN_xO_y增透膜

在3.2mm厚的低铁玻璃衬底上采用金属Al靶在溅射气体Ar和反应气体N2的混合气体中,真空磁控反应溅射沉积半透明的Al-AlN金属陶瓷薄膜。再将沉积该薄膜的玻璃试样浸入沸腾的去离子水中,经一定时间氧化后,制备成表面粗糙的AlN和Al2O3的陶瓷混合物增透膜AlNxOy。在3.2 mm厚的低铁玻璃上,溅射沉积厚度为120 nm的Al-AlN金属陶瓷薄膜,沸水氧化8 min,制备的单面增透膜AlNxOy试样的太阳透射比Te达93.5%,可见光透射比Tv达95.2%。制备的双面增透膜AlNxOy试样的Te,Tv进一步提高,Te高达95.6%,与未镀膜玻璃衬底的90.4%相比,增加了5.2%;Tv高达97.0%,与玻璃衬底的91.6%相比,增加了5.4%。