光学薄膜制备技术范例(3篇)
光学薄膜制备技术范文
重离子深层治癌束运线极高、超高真空系统压力分布与受力分析研究郭宗辉杨晓天张军辉蒙俊张喜平(17)
多功能电真空实验装置设计段献学朱武(21)
双室真空气淬炉用“闸阀”的制造刘红禹王艳云潘继先丰艳春汪德涛宿萌(24)
无
迁址通知(16)
川北科技（北京）有限公司(26)
迁址通知(26)
迁址通知(40)
《真空材料》一书出版发行(47)
真空泵返油在此成为历史(55)
ZKY-2000真空仪ZKJ-90真空继电器(59)
橡胶密封件产品介绍——沈阳市正阳橡塑密封件厂(77)
《真空技术》一书出版发行(77)
信息
东北大学第五期《真空技术》培训班招生通知(23)
淄博真空设备厂有限公司四种产品通过省级鉴定贾清军(67)
上海曙光机械制造厂有限公司企业情况介绍(74)
薄膜
近红外区高透射率In2O3：W透明导电氧化物薄膜的研究冯佳涵杨铭李桂锋张群(27)
离子束后处理对TiO2薄膜光学性质影响的实验研究段永利许生巴德纯高文波范垂祯(31)
真空电弧镀沉积高温防护涂层技术李建平陆峰蔡妍张鹏飞(34)
LaB6薄膜的制备工艺研究朱炳金陈泽祥张强(37)
低温多晶硅薄膜的制备工艺研究杨定宇蒋孟衡杨军(41)
金属铝离子注入掺杂制备氧化锌铝薄膜的研究李剑锋李国卿苟伟周艳梅薛钰芝牟宗信(45)
热丝CVD制备微晶硅薄膜的研究吕博嘉刘艳红刘东平刘爱民刘韶华马腾才(48)
类金刚石膜的性能、制备与应用（二）祝土富沈丽如(51)
磁控溅射TiAlNO薄膜的结构与力学性能王吉林陆永浩罗庆洪杨会生王燕斌(56)
直流磁控溅射制备TiNxOy薄膜的性能研究陈尔东王聪杨海刚朱开贵(60)
掺氮类金刚石薄膜的制备及其结构表征王淑占李合琴巫邵波赵之明宋泽润(64)
室温直流磁控溅射制备ITO膜及光电性能研究李全友姚宁张兵临葛宝全王执乾(68)
PLC应用
可编程序控制器在卷绕式镀膜机中的应用周志文(71)
基于变压法的变压器真空干燥设备的监控系统设计韩双霞祝建军余世明(75)
真空技术应用系列讲座
第十六讲真空系统的操作与维护张以忱(78)
前苏联高真空扩散泵统一系列工作的回顾杨乃恒(1)
涡旋真空泵应力与变形的ANSYS模拟与研究杨广衍张先锋赵元(12)
圆弧包络线在罗茨转子型线设计中的应用刘坤巴德纯张振厚王光玉常学森金璐(14)
书讯
《真空工程技术》一书已出版张志军(11)
《真空材料》一书出版发行(20)
薄膜
NiCr薄膜电阻TCR的影响因素李丙旺(18)
CrNx薄膜的制备及结构分析于玉城赵广彬晋勇刘志远(21)
磁场辅助等离子体增强化学气相沉积陈家荣陈文锦邱凯马文霞(26)
100型MEVVA源注入机注入均匀性研究李强吴先映张荟星刘安东彭建华王桂岳(29)
无
第一届真空热处理技术培训班通知（第一轮）(25)
高频等离子电源（射频电源，RF电源）——长春市星达电子仪器厂(38)
东北大学李云奇教授逝世(57)
真空冶金
三室式连续可控气氛炉的研制张金丽李镇江张森孟阿兰(32)
真空应用
真空油炸技术阎晓倩朱武(35)
真空管道垃圾收集系统关键工艺参数优化设计段金明周敬宣(39)
HT-7超导托卡马克真空运行的安全保护王厚银王小明辜学茂杨愚(42)
飞行时间质谱——光离子成像技术的设计渠洪波明凯峰梁峰李海洋张冰(46)
基于STM／AFM技术的信息存储材料研究现状及进展凌智勇宋向前丁建宁(51)
真空触发开关的触发能量和延时特性分析周正阳赵纯董华军廖敏夫(58)
信息
迁址通知(38)
第二届真空镀膜技术培训班圆满结束(41)
2007年全国真空冶金与表面工程学术会议征文通知(50)
东北大学第四期《真空技术》培训班招生通知(50)
中国真空学会真空工程专业委员会关于征集学术论文的通知(54)
欢迎积极参展，踊跃报名(54)
油浸式变压器真空干燥加热机理的分析马玉钢(55)
真空技术及应用系列讲座
第十四讲：真空工程用焊接技术张以忱(62)
真空获得技术面临的挑战与对策姜燮昌(1)
一种新型无油螺杆真空泵单头变螺距转子型线的研究张世伟徐成海赵瑜(8)
BEPCⅡ直线加速器真空系统邓秉林周锦宝薛纪钦张彩霞丰永玲(12)
分子泵对Xe气抽速的测试郭宁邱家稳江豪成(15)
油扩散泵抽气速率与被抽气体的关系李殿东(18)
信息
国内著名真空专家龚求初先生逝世(7)
中国真空学会真空工程专业委员会关于征集学术论文的通知(11)
欢迎积极参展，踊跃报名(17)
TFC＇07全国薄膜技术学术研讨会征集论文通知(21)
东北大学第四期《真空技术》培训班招生通知(31)
2007年全国真空冶金与表面工程学术会议征文通知(31)
上海曙光机械制造厂有限公司企业情况介绍(43)
2007年2-4季度中国真空学会活动计划(47)
书讯
《真空工程技术》一书已出版张志军(14)
《真空工艺与实验技术》一书出版发行(26)
《真空材料》一书出版发行(64)
薄膜
氮化铝薄膜发光性能研究进展佟洪波巴德纯肖金泉闻立时(22)
合金元素（Ti，Cr，Ni）对IBAD制备的碳膜性质的影响李璞关凯书(27)
基于计算机辅助的光学薄膜优化设计方法金扬利马勉军熊玉卿(32)
基于人工神经网络的氮化锆薄膜颜色预测模型牛建钢孙维连(37)
工作气压对TaN／VN纳米多层膜结构与机械性能的影响张学华曹猛乔林杨瑾刘桐李德军(40)
基于Sigmund理论的溅射产额计算及分析陈明王君陈长琦刘珍(44)
Cr在多弧离子镀（Ti，Cr）N复合膜中的作用张鑫邱万奇史新伟李春明(48)
无
ZKY-2000真空仪ZKJ-90真空继电器(39)
真空泵返油在此成为历史(50)
高频等离子电源（射频电源，RF电源）——长春市星达电子仪器厂(58)
沈阳真空杂志社董事会(I0001)
真空冶金
真空自耗电弧炉熔炼时的电热计算与技术分析汶宏伟邹伟李平良杨磊(51)
真空校准
定容式流导法气体微流量校准装置测量不确定度的评定郭美如张涤新张学勇李得天(55)
计算机在真空中的应用
计算机在真空排气中的应用研究米伦(59)
真空技术应用系列讲座
第十四讲：真空工程用焊接技术张以忱(62)
Al含量对非平衡磁控溅射制备Ti1-xAlxN膜性能的影响张以忱于大洋马胜歌刘艳文巴德纯(1)
离轴溅射法中最佳几何参量的预测杜晓松李杰蒋亚东谢光忠李伟王涛(5)
近紫外冷反射镜的镀制研究姚春龙王银河张辉(9)
装饰薄膜ZrN的中频反应磁控溅射沉积工艺研究李新领邢雅周杨钰瑛孙维连周智男(12)
激光器全反射介质膜的制作原理与光学厚度测定王玉平张钧(16)
双生长室超高真空化学气相淀积系统的研制曾玉刚韩根全余金中成步文王启明(19)
高性能导电薄膜的制备张树人陈国良郭太良(24)
掺硼a-Si：H薄膜脉冲快速光热退火（PRPTA）的研究汪昌州杨仕娥赵尚丽文书堂卢景霄(28)
中频反应磁控溅射沉积Al2O3薄膜中迟滞回线的研究廖国进巴德纯闻立时刘斯明阎绍峰(32)
信息
中国真空学会真空工程专业委员会关于征集学术论文的通知(8)
复旦大学师生沉痛送别老校长华中一教授(11)
庞世瑾先生逝世(15)
TFC’07全国薄膜技术学术研讨会征集论文通知(18)
第一届真空热处理技术培训班圆满结束(23)
东北大学第四期《真空技术》培训班招生通知(31)
2007年全国真空冶金与表面工程学术会议征文通知(31)
《真空技术》一书出版发行王晓冬(35)
孙企达教授的近作获中国石油和化学工业优秀科技图书二等奖戴燕红(42)
上海曙光机械制造厂有限公司企业情况介绍(46)
《真空工艺与实验技术》一书出版发行(50)
《真空材料》一书出版发行(59)
迁址通知(59)
第三届真空镀膜技术培训班通知(62)
《真空工程技术》一书已出版张志军(71)
2007年中国真空学会活动计划（摘录）(74)
真空获得
滑阀真空泵的结构分析和节能探讨王国民许涛王再恩郑慧萍李锦卫(36)
多级水蒸汽喷射泵系统真空度常见故障的成因及诊断靳雨菲(40)
小型锆吸气泵在真空靶室中的应用研究张小东邱孟通宋纪文李大海陈亮(43)
自动控制
台式冻干机自动控制系统姜涛欧阳新萍仇鑫明(47)
HFCVD金刚石膜衬底温度的计算机控制褚向前朱武陈长琦左敦稳朱胤(51)
真空厕所终端控制系统的研究刘旭华周敬宣胡国良(54)
离子火箭发动机栅极组件短路消除方法郑茂繁江豪成(56)
MCGS组态软件在真空热处理炉中的应用周志文(60)
真空应用
TiO2光催化除乙烯及在果蔬保鲜中的应用孙企达(63)
大电流多枪等离子弧焊箱的研制杨世杰彭常户任源李力(66)
真空开关电弧等离子体特性诊断技术研究进展董华军崔远慧毛书勤王仁丽周正阳(69)
磁性陶瓷靶材的制备及其应用研究徐小玉黄之德赵玉涛(72)
一种可用于材料在低温环境下放气的测试系统杨春光肖由明徐烈(75)
真空技术应用系列讲座
真空技术及应用系列讲座(78)
钢液炉外精炼设备真空系统的设计分析杨乃恒巴德纯刘坤(1)
真空下生成AlF2的热力学研究李秋霞靳翠芝陈为亮戴永年(9)
信息
川北科技（北京）有限公司(12)
迁址通知(39)
上海曙光机械制造厂有限公司企业情况介绍(65)
迁址通知(71)
学术论文的评定与期刊等级的划分陆国柱(I0004)
薄膜
沉积硬质涂层技术的新发展王福贞(13)
磁控溅射中电磁场分布及带电粒子运动的模拟与计算王君刘珍陈长琦朱武陈明(20)
磁过滤阴极真空弧沉积法制备TiAlN薄膜的研究丁剑飞吴先映李强周奎王桂岳冷崇燕(24)
Ti／TiO2多层膜的光电性能研究武素梅薛钰芝苏梦(29)
卷绕式海绵材料真空磁控溅射镀膜设备的研制魏海波孙清张君薇池世春(33)
含钨类金刚石薄膜的制备与性能研究牛孝昊罗庆洪杨会生陆永浩熊小涛王燕斌(36)
离子辅助蒸发（1-x）TiO2-（x）Ta2O5薄膜及其光学性能研究王汉华薛亦渝郭培涛张光勇马中杰(40)
影响电真空陶瓷金属化质量的因素分析杨卫英伍智李蓉(44)
SiOx薄膜的制备及发光特性研究游泳何娟美徐小华饶瑞昌符五久李群吴雪梅(47)
新型电阻（金属膜）专用镀膜机的研制马铁明付洪川闫正宇董丽娜王春东(50)
TiN／AIN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究陈德军代明江林松盛李洪武候惠君(52)
无
橡胶密封件产品介绍——沈阳市正阳橡塑密封件厂(19)
ZKY-2000真空仪ZKJ-90真空继电器(58)
致编委的一封信——2007年编委会调整说明苏原(I0001)
书讯
《真空技术》一书出版发行王晓冬（供稿）(19)
《真空材料》一书出版发行(39)
《真空工程技术》一书已出版张志军(39)
《真空工艺与实验技术》一书出版发行(74)
会议消息
2007年第九届国际真空展闭幕(23)
2007年全国真空冶金与表面工程学术会议纪要(28)
中国真空学会真空工程专业委员会关于征集学术论文的通知(32)
第四届真空获得技术培训班于9月15～20日开班(43)
2007年中国真空学会活动计划（摘录）(49)
TFC’07全国薄膜技术学术研讨会征集论文通知(68)
东北大学第四期《真空技术》培训班成功举办(78)
真空干燥
玉米真空干燥特性的实验研究张志军徐成海张世伟(55)
真空管道TiN膜热出气率实验研究王勇张耀锋尉伟范乐王建平耿会平(59)
关于真空中工作的加热器材料选择张志坤(62)
不同温度下玻璃钢材料放气速率的试验研究肖尤明冯海东朱鸿梅徐烈(66)
自动控制
BEPCII直线真空自动远控系统的实现邓秉林(69)
上海光源TSP＆NEG复合电源的研制安双利蒋迪奎蒋罗荣金建初(72)
诊断中性束装置离子源起弧实验的多元非线性回归分析陈长琦王保华刘智民刘胜许明亮胡纯栋(75)
光学薄膜制备技术范文篇2
Abstract：Thetransparentconductiveoxide（TCO）filmshavethecombinationofgoodmetallicconductivityandhightransmittanceinthevisiblespectra，sothesefilmswerewidelyusedinalltypesofflatpaneldisplaysandthinfilmssolarcells.Thewell-knownIn2O3basedfilmsarethemostintenseresearchedinnowadays.Thispaperreportsthedevelopmentoftheproducingtechniqueandannealingpropertiesinlaboratories.
关键词：真空蒸镀；溅射；脉冲激光沉积；溶胶-凝胶；退火
Keywords：vacuumevaporation；sputtering；pulsedlaserdeposition；sol-gel；anneal
中图分类号：Q939.5文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）30-0036-03
1概述
对宽带隙半导体（In、Sb、Zn等）及其混合物的氧化物进行掺杂可以获得良好的可见光透过率和n型金属特性（n-TCO）或者n型半导体特性（n-ASO），甚至可以获得具有p型特性的材料p-TCO和p-ASO。TCO薄膜的光电特性为禁带宽、可见光透射率高，达到75%以上；电阻率低，小于10-3Ω·cm。
TCO薄膜应用广泛，极具研究价值。主要有平面显示器件和特殊功能窗口涂层、太阳能电池、反射热镜、气体敏感器件及其他光电子、微电子、真空电子器件等应用领域。图1展示了TCO薄膜在电动汽车上的应用。
目前TCO主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物以及复合多元氧化物薄膜，即In2O3、SnO2、ZnO、CdO及其掺杂体系In2O3：Sn（ITO）、In2O3：Mo（IMO）、SnO2：Sb（ATO）、SnO2：F（FTO）、ZnO：Al（ZAO）、CdO：In等。
In2O3是一种宽禁带N型半导体材料，迁移率较高，可见光范围内透过率高于90%。In2O3基薄膜的制备技术较为成熟，应用也最为广泛，已形成了一定的商业生产规模，目前ITO透明导电薄膜的年均需求已超过200万平方米。本文报道制备In2O3基薄膜ITO、IMO以及其他掺杂系列的科研现状。
2真空蒸镀法
电阻加热蒸发源结构简单、廉价易作，所以应用普遍。而电子束蒸发方法更能满足难熔金属和氧化物材料，特别是高纯度薄膜的制备需求。用真空蒸镀法制备的薄膜光电特性如表1所示。
李林娜[1～3]等各自用电阻加热法制备ITO薄膜，研究了Sn含量、薄膜厚度、生长速率对薄膜光电性能的影响。保持衬底温度140℃，沉积速率0.1A/sec，调整Sn含量，证实电阻率随着Sn含量增加而增大，在Sn含量为0时达到最低6.72×10-4Ω·cm。薄膜在可见光范围内平均透过率大于80%；在波长650nm时透过率变化不大。采用Sn含量1%，衬底温度160℃，沉积速率0.06nm/s，改变薄膜厚度，发现随着厚度的增加薄膜晶体结构相对完整，载流子浓度和迁移率升高，电阻率降低，160nm时可达6.37×10-4Ω·cm。在厚度40～130nm范围内，可见光平均透过率大于80%。保持Sn含量1%，衬底温度为160℃，在沉积速率0.01～0.06nm/s之间进行实验，结果生长速率的提高使得薄膜中晶格缺陷增多导致电阻率降低，In、Sn低价氧化物增多引起可见光透过率降低。0.01nm/s生长速率得到的薄膜电阻率6.72×10-4Ω·cm，可见光范围内平均透过率93%。
陈新亮[4～6]等采用电子束蒸发方法。改变沉积速率生长缓冲层制备IMO薄膜实验中，首先用低沉积速率（约
0.01nm/s）生长厚度约为30nm的缓冲层，然后在0.04nm/s的速率下生长厚度约50nm的薄膜性能最好，测得电阻率ρ约为2.5×10-4Ω·cm，方块电阻约为22.5Ω/，载流子浓度n～5.8×1020cm-3，电子迁移率μ约为47.1cm2V-1s-1，可见光和近红外区域平均透过率约为80%。调整IMO薄膜的厚度（35～150nm），发现厚度增加引起电阻率、透过率降低；厚度为110nm的薄膜具有最好的光电综合性能。改变钨钼共掺IMWO（In2O3：WO3/MoO3）的共掺含量，随着共掺含量的增多，电阻率下降，载流子浓度上升，迁移率先增加后减小。共掺含量1.5%时电阻率为3.53×10-4Ω·cm，达到最低。共掺浓度1.0%时电阻率3.66×10-4Ω·cm，迁移率达到最高45.5cm2/Vs，400～1100nm波段处得到最高的平均透过率76%。共掺含量为0.3%的薄膜在可见光450nm处左右最高透过率87%，在1620nm波长处透过率高达82%（含玻璃衬底）。近红外长波段区域，不同共掺浓度均有较高的透过率。
3溅射法
溅射法具有衬底温度低，薄膜质纯，组织均匀密实，牢固性和重现性好等优点。周平[7]等用电子束加热和直流磁控溅射两种方法制备ITO薄膜，发现后者在红外波段透过率较高。溅射功率、气压、时间、衬底温度等对薄膜的结构及光电性能有重要影响。
表2展示氧分压和沉积温度对不同材料薄膜光电性质的影响。才玺坤[8]等制备In2O3薄膜时发现适当的气压和少量O2能改善薄膜光电性能。用纯Ar进行实验，增大气压引起电阻率先减小后增加，2～3Pa之间可达最低，2Pa时达到4.07×10-3Ω·cm；红外区平均透过率较低。O2含量增加使得电阻率和透过率增加，少量的O2（O2：Ar=0.5：30）可引起电阻率升高一个数量级，载流子浓度降低一个数量级。通O2后红外区平均透过率达到85%。袁果[9～10]等研究了氧分压和沉积温度对IMO薄膜性能的影响。在氧分压0～2%之间，电阻率随着氧分压加大先增加后减小，到1.25%达到最低1.4×10-4Ω·cm后又增加；透过率先增加后减小，在1.25%时最大，可见及近红外区有氧条件下平均大于80%。电阻率随着沉积温度的升高而降低，350℃获得最小值6.9×10-4Ω·cm；在近红外区，透过率随沉积温度的升高而增大，在中红外区则随沉积温度的升高而降低。冯佳涵，杨铭[11～12]等证实了随着气压增大，电阻率先下降后很快上升。溅射电流加大，迁移率降低，电阻率略微降低然后升高。基板温度升高，迁移率升高，电阻率降低，380℃时获得最低电阻率2.8×10-4Ω·cm。透过率受气压和溅射电流变化影响不大，而随着基板温度的上升迅速提高，360℃时可见光区平均透过率可达86%。载流子浓度和迁移率对氧分压敏感，随着氧分压的增加，相同厚度的IWO薄膜透过率呈上升趋势；1.7×10-2Pa制备的样品较薄，具有最高的平均透过率。电阻率相近的IWO薄膜迁移率远高于相同制备条件下得到的ITO薄膜，透过率更高。
李世涛[13]等证实ITO薄膜的沉积速率和折射率与氧流量有关，薄膜厚度为60nm，氧流量在9sccm时，透射率超过80%（波长400nm～700nm，包括玻璃基体），退火后透过率、方阻明显改善。颜鲁婷[14]等在制备掺钛氧化铟（ITiO）薄膜时发现，氮气氛围下较低的退火温度能够部分提高薄膜的电学性能，退火温度继续升高，薄膜的电学性能反而下降。250℃是氮气气氛中最佳的退火温度。与氮气氛围相比，真空下退火更有助于提高电子迁移率，并且随退火温度升高，电子迁移率逐渐升高并达到稳定值。真空退火温度为580℃时，获得最大的迁移率为50cm2/V·s，最小的载流子密度为4.41×1020cm-3。经580℃真空退火，325nm厚掺钛氧化铟薄膜在530～1100nm波长范围内平均透过率接近80%，方阻降低至10Ω/，可以满足作为太阳能电池窗口材料的要求。李桂锋[15]等制备的IWO薄膜性能良好，电阻率随着氧分压的增加而呈现先减小后增加的变化规律。
得到的最高迁移率为65.1cm2/V·s，对应电阻率为3.8×
10-4Ω·cm，可见光平均透射率为85.1%，退火后电阻率有明显的改善，最小为2.2×10-4Ω·cm，对应的迁移率为63.5cm2/V·s，可见光平均透射率为83.2%。
4脉冲激光沉积
脉冲激光沉积法容易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性；沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜均匀；工艺参数任意调节，对靶材的种类没有限制；发展潜力巨大，具有极大的兼容性；便于清洁处理，可以制备多种薄膜材料。然而不易制备大面积薄膜。
杨亚军[16]等分别改变衬底温度和氧分压，证实衬底温度300℃和氧分压1.33Pa制备的ITO薄膜性能最佳，平均透过率为80%，方块电阻在100～200Ω/之间。张春伟[17]等用部分Mo6+代替Sn4+制备ITO靶材，以便提高导电性。更改沉积温度，发现随着温度的升高，电阻率降低，在500℃时达到最低2.611×10-4Ω·cm。沉积温度对透过率的影响不大，可见光区最低透过率大于80%，平均透过率在90%以上，禁带宽度基本稳定在为4.29eV左右。300℃时结晶最好，有最高的透过率。刘振华[18]等制备了InSnGaMo薄膜，研究表明从300～500℃，薄膜的晶化程度提高，迁移率、载流子浓度和电阻率在450℃出现V点，此时薄膜性能最好，电阻率为4.15×10-4Ω·cm，载流子浓度和迁移率最高分别为3×1020cm-3，45cm2V-1s-1，平均透过率92%以上，且波长为362nm时，最高透射率达99%。王海峰[19]等制备了IWO和ITO两种透明导电膜并进行退火处理，实验表明二者电阻率相近，IWO的迁移率是ITO薄膜的5倍，具有更佳的表面形貌和近红外区透过率，抗激光损伤能力更强。该IWO薄膜在室温下具有7.85×10-4Ω·cm的电阻率并伴随有1.2×1020cm-3的载流子浓度和66.3cm2v-1s-1的载流子迁移率。在400nm～2000nm光波长范围内，平均透过率大于85%。
5溶胶一凝胶技术
溶胶—凝胶技术制备薄膜的装置简单，成本低；易于有效控制薄膜的成分及结构；能在温和条件下制备出多种功能的薄膜材料；可以在各种不同形状、不同材料的基底上制备大面积薄膜。
在全宝富[20]等人的实验中，掺杂4%和5%的Sn可使ITO薄膜导电性最好；电阻率随着退火温度的升高而降低，然而过高的温度会引起镀层的脱落。600～700℃退火1h有较低的电阻。马颖[21]等发现提高Sn的掺杂浓度可以提高透过率。用掺杂20%的Sn制备薄膜并进行退火，发现低于475℃的退火对透过率影响不大，超过该温度后的退火使得透过率迅速下降。在450℃下进行退火，开始方阻较大，随着退火时间加长迅速下降，到15min可达到最低，之后变化不大。退火时间较短时透过率较高；随着退火时间的加长，透过率降低；超过15min之后下降缓慢；30min之后基本不变。袁红梅[22]等证实随着掺Sn量的增加和退火温度的升高，薄膜的方阻迅速下降，在掺Sn量为15%、退火温度为450℃时，方阻最小，导电性最好。透过率随着掺Sn量增加而增大，超过10%后变化不大。退火时间对透过率的影响不大，平均80%。随着镀膜次数的增加，薄膜方阻呈非线性减小，大于五层后趋于稳定；透过率曲线向长波方向移动。
6结语
由于TCO应用领域扩大，需求量增加，铟的价格相对较贵，In2O3基薄膜不能完全满足日益增长的应用需求，人们继续努力寻找新的功能材料、更合适的制备参数，从而掀起ZnO基薄膜的研究热。
参考文献：
[1]李林娜，薛俊明，孙建，耿新华，赵颖.Sn含量对低温制备In203：Sn薄膜性能的影响.中国可再生能源学会.第十届中国太阳能光伏会议论文集，2008年9月19日.
[2]李林娜，薛俊明，赵亚洲，李养贤，耿新华，赵颖.ITO薄膜的厚度对其光电性能的影响.人工晶体学报，2008，37（1）：147-150.
[3]李林娜，孙建，薛俊明，李养贤，赵颖，耿新华.生长速率对反应蒸发制备ITO薄膜光电性能的影响[J].光电子·激光，2007，18（1）：24-26.
[4]陈新亮，韩东港，孙建，赵颖，耿新华.电子束沉积生长高迁移率IMO透明导电薄膜的研究[J].光电子·激光，2009，20（12）：
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光学薄膜制备技术范文
1超硬薄膜
超硬薄膜是指维氏硬度在40gpa以上的硬质薄膜。不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-bn)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100gpa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80gpa。类金刚石膜(dlc)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10gpa～60gpa的宽广范围内变动。因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫ta：c))也可归人超硬薄膜行列。近年来出现的碳氮膜(cnx)虽然没有像cohen等预测的晶态β-c3n4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10gpa～50gpa，因此也归人超硬薄膜一类。上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。sic和gan薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40gpa，因此不属于超硬薄膜。
最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。此外，由纳米晶粒复合的tin／sinx薄膜的硬度竟然高达105gpa，创纪录地达到了金刚石的硬度。
本文将就上述几种超硬薄膜材料一一进行简略介绍，并对其工业化应用前景进行评述。
2金刚石膜
2．1金刚石膜的性质
金刚石膜从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代末形成了一个全球范围的研究热潮(diamondfever)。这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高弹性模量之外，还具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、声学、电化学性能(见表1)和极佳的化学稳定性。大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(pcd)制品)。而采用化学气相沉积(cvd)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异物理化学性能的可能性。经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学性质方面和最高质量的iia型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。
表1金刚石膜的性质
table1propertiesofchamondfilm
cvd金刚石膜
天然金刚石
点阵常数(å)
3.567
3.567
密度(g/cm3)
3.51
3.515
比热cp(j/mol,(at300k))
6.195
6.195
弹性模量(gpa)
910-1250
1220*
硬度(gpa)
50-100
57-100*
纵波声速(m/s)
18200
摩擦系数
0.05-0.15
0.05-0.15
热膨胀系数(×10-6℃-1)
2.0
1.1***
热导率(w/cm.k)
21
22*
禁带宽度(ev)
5.45
5.45
电阻率(ω.cm)
1012-1016
1016
饱和电子速度(×107cms-1)
2.7
2.7*
载流子迁移率(cm2/vs)
电子
1350-1500
2200**
空隙
480
1600*
击穿场强(×105v/cm)
100
介电常数
5.6
5.5
光学吸收边(m)
0.22
折射率(10.6m)
2.34-2.42
2.42
光学透过范围
从紫外直至远红外(雷达波)
从紫外直至远红外(雷达波)
微波介电损耗(tan)
＜0.0001
注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(invar)合金相当。
2．2金刚石膜的制备方法
化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物(如甲烷)的裂解，如：
热高温、等离子体
ch4(g)一c(diamond)+2h2(g)(1)
实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子氢。除甲烷外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳氢化合物，乙醇，酮，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。
常用的沉积方法有四种：(1)热丝cvd；(2)微波等离子体cvd；(3)直流电弧等离子体喷射(dcarcplasmajet)；(4)燃烧火焰沉积。在这几种沉积方法中，改进的热丝cvd(eacvd)设备和工艺比较简单，稳定性较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。微波等离子体cvd是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。微波等离子体cvd的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备成本较高。采用高功率微波等离子体cvd系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。直流电弧等离子体喷射(dcarcp1asmajet)是一种金刚石膜高速沉积方法。由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000k-6000k)。因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子氢浓度，使其成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。特殊设计的高功率jet可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的高速沉积。我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特色和独立知识产权的高功率deareplasmajet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破性进展。目前已接近国外先进水平。
2．3金刚石膜研究现状和工业化应用
20余年来，cvd金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然iia型金刚石单晶的水平(见表1)。在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。光学(主要是军事光学)应用已经接近产业化应用水平。金刚石膜场发射和真空微电子器件、声表面波器件(saw)、抗辐射电子器件(如sod器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质性进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显著进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。金刚石高温半导体芯片即将问世。
鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。
2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用
金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的机械强度和良好化学稳定性的异性能组合(见表1)使其成为最理想的工具和工具涂层材料。
金刚石膜工具可分为金刚石厚膜工具和金刚石薄膜涂层工具。
2．4．1金刚石厚膜工具
金刚石厚膜工具采用无衬底金刚石白支撑膜(厚度一般为0．5mm～2mm)作为原材料。目前已经上市的产品有：金刚石厚膜焊接工具、金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜砂轮修整条、高精度金刚石膜轴承支架等等。
金刚石厚膜焊接工具的制作工艺为：金刚石自支撑膜沉积激光切割真空钎焊高频焊接精整。金刚石厚膜钎焊工具的使用性能远远优于pcd，可用于各种难加工材料，包括高硅铝合金和各种有色金属及合金、复合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金属材料等的高效、精密加工。采用金刚石厚膜工具车削加工的高硅铝合金表面光洁度可达v12以上，可代替昂贵的天然金刚石刀具进行“镜面加工"。金刚石膜拉丝模芯可用于拉制各种有色金属和不锈钢丝，由于金刚石膜是准各向同性的，因此在拉丝时模孔的磨损基本上是均匀的，不像天然金刚石拉丝模芯那样模孔的形状会由于非均匀磨损(各向异性所致)而发生畸变。金刚石膜修整条则广泛用于机械制造行业，用作精密磨削砂轮的修整，代替价格昂贵的天然金刚石修整条。这些产品已经在国内外市场上出现，但目前的规模还不大。其原因是：(1)还没有为广大用户所熟悉、了解；(2)面临其它产品(主要是pcd)的竞争；(3)虽然比天然金刚石产品便宜，但成本(包括金刚石自支撑膜的制备和加工成本)仍然较高，在和pcd竞争时的优势受到一定的限制。
高热导率(≥10w／em．k)金刚石自支撑膜可作为诸如高功率激光二极管阵列、高功率微波器件、mcms(多芯片三维集成)技术的散热片(热沉)和功率半导体器件(powerics)的封装。在国外已有一定市场规模。
在国内，南京天地集团公司和北京人工晶体研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金刚石公司，生产和销售金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜修整条和金刚石厚膜焊接工具及其它一些金刚石膜产品。该公司大约在2000年左右渡过了盈亏平衡点，但目前的规模仍然不很大。国内其它一些单位，如北京科技大学、河北省科学院(北京科技大学的合作者)、吉林大学、核工业部九院、浙江大学、湖南大学等都具有生产金刚石厚膜工具产品的能力，其中有些单位正在国内市场上小批量销售其产品。
2．4．2金刚石薄膜涂层工具
金刚石薄膜涂层工具一般采用硬质合金工具作为衬底，金刚石膜涂层的厚度一般小于30lxm。金刚石薄膜涂层硬质合金工具的加工材料范围和金刚石厚膜工具完全相同，在切削高硅铝合金时一般均比未涂层硬质合金工具寿命提高lo～20倍左右。在切削复合材料等极难加工材料时寿命提高幅度更大。金刚石薄膜涂层工具的性能与pcd相当或略高于pcd，但制备成本比pcd低得多，且金刚石薄膜可以在几乎任意形状的工具衬底上沉积，pcd则只能制作简单形状的工具。金刚石薄膜涂层工具的另一大优点是可以大批量生产，因此成本很低，具有非常好的市场竞争能力。
金刚石薄膜涂层硬质合金工具研发的一大技术障碍是金刚石膜与硬质合金的结合力太差。这主要是由于作为硬质合金粘接剂的co所引起。碳在co中有很高的溶解度，因此金刚石在co上形核孕育期很长，同时co对于石墨的形成有明显的促进作用，因此金刚石是在表面上形成的石墨层上面形核和生长，导致金刚石膜和硬质合金衬底的结合力极差。在20世纪80年代和90年代无数研究者曾为此尝试了几乎一切可以想到的办法，今天，金刚石膜与硬质合金工具衬底结合力差的问题已经基本解决。尽管仍有继续提高的余地，但已经可以满足工业化应用的要求。在20世纪后期，国外出现了可以用于金刚石薄膜涂层工具大批量工业化生产的设备，一次可以沉积数百只硬质合金钻头或刀片，拉开了金刚石薄膜涂层工具产业化的序幕。一些专门从事金刚石膜涂层工具生产的公司在国外相继出现。
目前，金刚石薄膜涂层工具主要上市产品包括：金刚石膜涂层硬质合金车刀、铣刀、麻花钻头、端铣刀等等。从目前国外市场的销售情况来看，销售量最大的是端铣刀、钻头和铣刀。大量用于加工复合材料和汽车工业中广泛应用的大型石墨模具，以及其它难加工材料的加工。可转位金刚石膜涂层车刀的销售情况目前并不理想。这是因为可转位金刚石膜涂层刀片的市场主要是现代化汽车工业的数控加工中心，用于高硅铝合金活塞和轮毂等的自动化加工。这些全自动化的数控加工中心对刀具性能重复性的要求十分严格，目前的金刚石膜涂层工具暂时还不能满足要求，需要进一步解决产品检验和生产过程质量监控的技术。
目前国外金刚石膜涂层工具市场规模大约在数亿美元左右，仅仅一家只有20多人的小公司(美国sp3公司)，去年的销售额就达2千多万美元。
国内目前尚无金刚石膜涂层产品上市。国内不少单位，如北京科技大学、上海交大、广东有色院、胜利油田东营迪孚公司、吉林大学、北京天地金刚石公司等都在进行金刚石膜涂层硬质合金工具的研发，目前已在金刚石膜的结合力方面取得实质性进展。北京科技大学采用渗硼预处理工艺(已申请专利)成功地解决了金刚石膜的结合力问题，所研制的金刚石膜涂层车刀和铣刀在加工si-12％ai合金时寿命可稳定提高20-30倍。并已成功研发出“强电流直流扩展电弧等离子体cvd"金刚石膜涂层设备(已申请专利)。该设备将通常金刚石膜沉积设备的平面沉积方式改为立体(空间)沉积，沉积空间区域很大，可容许金刚石膜涂层工具的工业化生产。该设备可保证在工具轴向提供很大的金刚石膜均匀沉积范围，因此特别适合于麻花钻头、端铣刀之类细长且形状复杂工具的沉积。目前已经解决这类工具金刚石膜沉积技术问题，所制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头在加工碳化硅增强铝金属基复合材料时寿命提高20倍以上。目前能够制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头最小直径为lmin。目前正在和国内知名设备制造厂商(北京长城钛金公司)合作研发工业化商品设备，生产能力为每次沉积硬质合金钻头(或刀片)300只以上，预计年内可投放国内外市场。3类金刚石膜(dlc)
类金刚石膜(dlc)是一大类在性质上和金刚石类似，具有8p2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。依据制备方法和工艺的不同，dlc的性质可以在非常大的范围内变化，既有可能非常类似于金刚石，也有可能非常类似于石墨。其硬度、弹性模量、带隙宽度、光学透过特性、电阻率等等都可以依据需要进行“剪裁”。这一特性使dlc深受研究者和应用部门的欢迎。
dlc的制备方法很多，采用射频cvd、磁控溅射、激光淀积(pld)、离子束溅射、真空磁过滤电弧离子镀、微波等离子体cvd、ecr(电子回旋共振)cvd等等都可以制备dlc。
dlc的类型也很多，通常意义上的dlc含有大量的氢，因此也叫a：c—h。但也可制备基本上不含氢的dlc，叫做a：c。采用高能激光束烧蚀石墨靶的方法获得的dlc具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和较大的带隙宽度，曾被称为“非晶金刚石”(amorphoriediamond)膜。采用真空磁过滤电弧离子镀方法制备的dlc中sp3含量也很高，叫做ta：c(tetragonallybondedamorphouscarbon)。
dlc具有类似于金刚石的高硬度(10gpa-50gpa)、低摩擦系数(0．1一0．3)、可调的带隙宽度(1_2ev～3ev)、可调的电阻率和折射率、良好光学透过性(在厚度很小的情况下)、良好的化学惰性和生物相容性。且沉积温度很低(可在室温沉积)，可在许多金刚石膜难以沉积的衬底材料(包括钢铁)上沉积。因此应用范围相当广泛。典型的应用包括：高速钢、硬质合金等工具的硬质涂层、硬磁盘保护膜、磁头保护膜、高速精密零部件耐磨减摩涂层、红外光学元器件(透镜和窗口)的抗划伤、耐磨损保护膜、ge透镜和窗口的增透膜、眼镜和手表表壳的抗擦伤、耐磨掼保护膜、人体植入材料的保护膜等等。
dlc在技术上已经成熟，在国外已经达到半工业化水平，形成具有一定规模的产业。深圳雷地公司在dlc的产业化应用方面走在国内前列。不少单位，如北京师范大学、中科院上海冶金所、北京科技大学、清华大学、广州有色院、四川大学等都正在进行或曾经进行过dlc的研究和应用开发工作。
dlc的主要缺点是：(1)内应力很大，因此厚度受到限制，一般只能达到lum～21um以下；(2)热稳定性较差，含氢的a：c-h薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大约500℃以上就会转变为石墨。
5碳氮膜
自从cohen等人在20世纪90年代初预言在c-n体系中可能存在硬度可能超过金刚石的β-c>3n4相以后，立即就在全球范围内掀起了一股合成β-c3n4的研究狂潮。国内外的研究者争先恐后，企图第一个合成出纯相的β-c3n4晶体或晶态薄膜。但是，经过了十余年的努力，至今并无任何人达到上述目标。在绝大多数情况下，得到的都是一种非晶态的cnx薄膜，膜中n／c比与薄膜制备的方法和具体工艺有关。尽管没有得到cohen等人所预测超过金刚石硬度的β-c3n4晶体，但已有的研究表明cnx薄膜的硬度可达15gpa-50gpa，可与dlc相比拟。同时cnx薄膜具有十分奇特的摩擦磨损特性。在空气中，cnx薄膜的摩擦因数为o.2-o.4，但在n2，co2和真空中的摩擦因数为o.01-o.1。在n2气氛中的摩擦因数最小，为o．01，即使在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将摩擦因数降至0.017。因此，cnx薄膜有望在摩擦磨损领域获得实际应用。除此之外。cnx薄膜在光学、热学和电子学方面也可能有很好的应用前景。
采用反应磁控溅射、离子束淀积、双离子束溅射、激光束淀积(pld)、等离子体辅助cvd和离子注人等方法都可以制备出cnx薄膜。在绝大多数情况下，所制备薄膜都是非晶态的，n／c比最大为45％，也即cnx总是富碳的。与c-bn的情况类似，cnx薄膜的制备需要离子的轰击，薄膜中存在很大的内应力，需要进一步降低薄膜内应力，提高薄膜的结合力才能获得实际应用。至于是否真正能够获得硬度超过金刚石的b-c3n4，现在还不能作任何结论。
6纳米复合膜和纳米复合多层膜
以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有可能高于每一种组成薄膜的硬度。例如，tin的硬度为2lgpa，nbn的硬度仅为14gpa，但tin／nbn纳米复合多层膜的硬度却为5lgpa。而tiyn／vn纳米复合多层膜的硬度竞高达78gpa，接近了金刚石的硬度。最近，纳米晶粒复合的tin／sinx薄膜材料的硬度达到了创记录的105gpa，可以说完全达到了金刚石的硬度。这一令人惊异的结果曾经过同一研究组的不同研究者和不同研究组的反复重复验证，证明无误。这可能是第一次获得硬度可与金刚石相比拟的超硬薄膜材料。其意义是显而易见的。
关于为何能够获得金刚石硬度的解释并无完全令人信服的定论。有人认为在纳米多层复合膜的情况下，纳米多层膜的界面有效地阻止了位错的滑移，使裂纹难以扩展，从而引起硬度的反常升高。而在纳米晶粒复合膜的情况下则可能是在tin薄膜的纳米晶粒晶界和高度弥散分布的纳米共格sinx粒子周围的应变场所引起的强化效应导致硬度的急剧升高。
