專利名稱：一種透明金屬介電復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電磁波信號處理的復(fù)合薄膜材料或器件，特別是一種類半導(dǎo)體量子阱對稱結(jié)構(gòu)的透明金屬介電復(fù)合材料。
本發(fā)明和已有技術(shù)對比，其區(qū)別于利用所謂光子能帶結(jié)構(gòu)的金屬介電復(fù)合材料或器件的不同點以及優(yōu)點在于1)基于的原理不同，本發(fā)明主要基于兩對稱放置的誘導(dǎo)層之間多次反射，結(jié)果類似量子阱的共振增強或者相消的效應(yīng)，而不是利用很多周期的兩種不同折射率、具有各自相同厚度的薄膜周期排列而形成的通帶、阻帶結(jié)構(gòu)的光譜結(jié)構(gòu)。2)在相同層數(shù)金屬、對應(yīng)各金屬層厚度相同或者金屬層總厚度相同的條件下(即防紅外或者防微波能力相同的條件下)，在整個可見光區(qū)域或者對應(yīng)的可見光區(qū)域內(nèi)透射率要高出30％到100％以上。3)在保證相同透明程度或者要求波段相同透射特性的條件下，本發(fā)明相對光子能帶結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料可以用更厚的金屬和更多的金屬層數(shù)。則此時防紅外或者防微波的能力增強。4)金屬膜材料和金屬體材料對電磁波的響應(yīng)有顯著不同，一般來說，隨著膜層厚度的減小，金屬膜的電導(dǎo)率要明顯見小，對微波和紅外以及可見光的衰減能力要顯著減弱，例如結(jié)構(gòu)中只采用一層厚的金屬膜對微波或者紅外的防護能力要好于采用用3層1/3厚度的金屬膜對紅外和微波的防護能力。5)從制備技術(shù)上考慮，金屬膜過薄則可能過渡到不連續(xù)膜，此時的金屬膜導(dǎo)電性能很差，類似與絕緣材料，此時對紅外、微波的高反射能力大幅降低或者喪失。例如制備10納米厚的銀膜，則由于厚度的起伏等因素而使得由20層10納米厚的銀膜構(gòu)成的光子能帶金屬介電復(fù)合材料或器件很難達(dá)到理論上200鈉米銀膜總厚度所對應(yīng)的對紅外和微波的屏蔽作用，而同時在可見光區(qū)域只有最多不超過40％的透射率。本發(fā)明則可以只利用8層平均每層25鈉米的銀膜在達(dá)到理論上200鈉米銀膜總厚度所對應(yīng)的對紅外和微波的屏蔽作用時，在更寬的可見光區(qū)域范圍內(nèi)有最多可以超過60％的透射率。6)從成本與可行性方面來考慮，多層膜的層數(shù)越多，制備的費用越高、要求的技術(shù)越高，膜的力學(xué)性能等下降而缺乏可實現(xiàn)性。7)通過調(diào)節(jié)誘導(dǎo)層的結(jié)構(gòu)、厚度、周期數(shù)以及在復(fù)合層中的摻雜使得本發(fā)明有更加優(yōu)良的可調(diào)諧性能。對照金屬介電光子能帶結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜材料或者器件來說，本發(fā)明在保證相同金屬層數(shù)和金屬總厚度的同時在可見光區(qū)域有更好的透明度，對可見光的高透射不是基于不同折射率的兩種介電材料排列形成光子能帶結(jié)構(gòu)達(dá)到對可見光的透明，而是利用單周期的誘導(dǎo)層對稱放置形成類似與半導(dǎo)體量子阱結(jié)構(gòu)的對稱結(jié)構(gòu)，頻率與結(jié)構(gòu)相匹配的可見光經(jīng)過多次反射相干增透而得到整個可見光區(qū)域透明的效果或者達(dá)到要求的可見波段高透同時屏蔽絕大部分其它波段電磁波的效果。本發(fā)明的方塊電阻大約為10-1到10-2Ω/cm2，比ITO膜小三到四個數(shù)量級而可以具備優(yōu)良的導(dǎo)電和完全防靜電的功能。可用做各種視窗的窗口材料。如果選擇二氧化鈦或者氧化鋯等對紫外強烈吸收的介質(zhì)用于所述誘導(dǎo)層或功能層中的介電介質(zhì)膜，則具備紫外防護能力，通過調(diào)節(jié)該種介質(zhì)材料納米顆粒尺寸以及誘導(dǎo)層的結(jié)構(gòu)和厚度可以覆蓋部分或者整個紫外區(qū)域，使得紫外輻射不能透射而達(dá)到對紫外的完全防護，有益于健康。所述的功能層復(fù)合在誘導(dǎo)層之間可采用已有技術(shù)中的電子束蒸發(fā)或者濺射等方法來制作。本發(fā)明通過多次反射以及類量子阱效應(yīng)的共振增強效應(yīng)使得在增透所要求波段的的電磁波的同時，例如可見波段的入射光，反射其它所有波長更長的電磁波，如紅外、微波、無線電波以及長波等。本發(fā)明所涉及的材料或者器件的方塊電阻約為10-1到10-3Ω/cm2，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和防靜電性能；通過材料的選擇和材料內(nèi)部各薄膜層厚度的調(diào)整可以得到防紫外的功能。在外加電壓或者采用有非線性光學(xué)響應(yīng)的材料的情況下，高透射區(qū)域的波段可以調(diào)諧。以上的特性都可用于做各種視窗的窗口材料或透明體材料以及寬帶的可調(diào)諧濾波器件，在防紅外、微波、無線電波或者紫外的同時透射要求波段的電磁波，也可用于制作金屬半導(dǎo)體光電探測器的相關(guān)器件。
總體而言，本發(fā)明在保證可見光區(qū)域較好透過特性的同時屏蔽紅外以及波長更長的電磁波輻射，如微波、無線電波，同時具備全頻段的紫外防護能力，通過特殊的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計可以得到在可見光區(qū)域高度的透明度，或者在所需要波段內(nèi)的高透射其它波段高屏蔽的寬帶濾波效應(yīng)。
圖2是本發(fā)明的一種類半導(dǎo)體量子阱結(jié)構(gòu)的透明金屬介電復(fù)合材料中的功能層結(jié)構(gòu)的示意圖。
權(quán)利要求
1.一種透明金屬介電復(fù)合材料，由對稱放置在兩側(cè)的誘導(dǎo)層和中間的功能層構(gòu)成，其特征在于所述的對稱放置在兩側(cè)的誘導(dǎo)層各由兩層不同的透明介質(zhì)薄膜構(gòu)成，兩側(cè)的誘導(dǎo)層光學(xué)厚度相同，所述的功能層復(fù)合在對稱放置的誘導(dǎo)層之間，結(jié)構(gòu)如A1B1CB2A2，前面的A1B1對應(yīng)所述的由兩層不同的透明介質(zhì)薄膜構(gòu)成的一個誘導(dǎo)層，后面的B2A2對應(yīng)所述的由兩層不同的透明介質(zhì)薄膜構(gòu)成的另一誘導(dǎo)層，中間的C代表功能層，所述的功能層中也可以同時摻雜誘導(dǎo)層形成多重的量子阱結(jié)構(gòu)
2.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的功能層可以由一種、兩種或兩種以上的介質(zhì)膜構(gòu)成，所述的介質(zhì)包含至少一層金屬介質(zhì)膜，或者由多層的金屬膜、介電或半導(dǎo)體介質(zhì)膜構(gòu)成，每層金屬膜兩邊為介電介質(zhì)膜或半導(dǎo)體膜，所述的功能層兩端的薄膜是金屬膜，金屬膜直接復(fù)合在透明的誘導(dǎo)層上，所述的功能層中由相同材料構(gòu)成的半導(dǎo)體膜或者介質(zhì)膜的厚度相同。
3.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的誘導(dǎo)層的各層薄膜的光學(xué)厚度小于功能層中各層介電介質(zhì)膜或者半導(dǎo)體膜的光學(xué)厚度的十分之一。
4.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的金屬材料為銀、金、鋁、銅等金屬材料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的功能層中的介電介質(zhì)膜為二氧化鈦。
6.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的功能層含有大于或等于3層的金屬膜，每一層金屬膜的厚度相同，或者最中心處的金屬膜的厚度大于每層金屬膜的平均厚度，金屬膜的厚度沿最中心的金屬膜向兩邊的各層金屬膜的厚度依次減小，兩邊復(fù)合在誘導(dǎo)層的金屬膜為最薄的金屬膜，其厚度大于或等于中心最厚金屬膜的40％。
7.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的誘導(dǎo)層中的薄膜A1和薄膜A2為硫化鋅，薄膜B1和薄膜B2為氟化鎂。每個誘導(dǎo)層的實際厚度為2.0納米到1000.0納米之間，其功能層中的介電薄膜為氟化鎂，實際厚度為2.0納米到1000.0納米之間，采用的金屬膜為銀，復(fù)合在兩邊的氟化鎂薄膜上，每層金屬銀的厚度在5納米到60納米之間。
8.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于其高透過區(qū)域有大于或等于50％的透射率，屏蔽的紅外波段或者其它長波的電磁波泄露小于或等于入射電磁波能量的十萬分之一。
9.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于在可見光區(qū)域的高透過區(qū)域有大于或等于50％的透射率，同時在微波波段1M(106)赫茲到10G(3×109)赫茲范圍內(nèi)的任意頻率的電磁波泄露不大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射電磁波能量三千分之一。
10.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于所述的高透射區(qū)域可以包括近紅外以及中紅外區(qū)域。
11.如權(quán)利要求1所述的一種透明金屬介電復(fù)合材料，其特征在于兩側(cè)的誘導(dǎo)層和中間的誘導(dǎo)層也可以分別包含多于一個周期的雙層透明薄膜結(jié)構(gòu)，例如一側(cè)的誘導(dǎo)層結(jié)構(gòu)為ABAB...AB，相應(yīng)在功能層另一側(cè)的誘導(dǎo)層結(jié)構(gòu)為BABA...BA。各個誘導(dǎo)層的光學(xué)厚度可以不同，功能層中由相同材料構(gòu)成的薄膜厚度可以不同。
全文摘要
一種透明金屬介電復(fù)合材料，由對稱放置在兩側(cè)的誘導(dǎo)層和中間的功能層構(gòu)成，其特征在于所述的對稱放置在兩側(cè)的誘導(dǎo)層各由兩層不同的透明介質(zhì)薄膜構(gòu)成，兩側(cè)的誘導(dǎo)層光學(xué)厚度可以不同，所述的功能層復(fù)合在對稱放置的誘導(dǎo)層之間，所述的兩個誘導(dǎo)層的光學(xué)厚度相同，所述的功能層中也可以同時摻雜誘導(dǎo)層形成多重的量子阱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過多次反射以及類量子阱效應(yīng)的共振增強效應(yīng)使得在增透所要求波段的的電磁波的同時，反射其它所有波長更長的電磁波，可用于做各種視窗的窗口材料或透明體材料，在防紅外、微波、無線電波或者紫外的同時透射要求波段的電磁波，也可用于制作金屬半導(dǎo)體光電探測器的相關(guān)器件。
文檔編號G02B1/00GK1425555SQ0114266
公開日2003年6月25日 申請日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月14日
發(fā)明者張會琴, 潘曉英 申請人:張會琴, 潘曉英