基于可見到近紅外波段吸收膜系結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可見到近紅外波段吸收膜系結(jié)構(gòu)，在任意襯底上采用氣相沉積、液相沉積依次生長(zhǎng)金屬薄膜層、介質(zhì)薄膜層，其后利用氣相沉積或氣相沉積結(jié)合退火工藝在介質(zhì)薄膜層上生長(zhǎng)金屬顆粒無序分布層。其中金屬薄膜層厚度為80nm-1μm，介質(zhì)薄膜層厚度為1nm-200nm，金屬顆粒無序分布層中等效薄膜層平均高度為5nm-100nm，顆粒平均尺寸為10nm-200nm，金屬顆粒表面覆蓋率為3%-90%。此可見到近紅外波段吸收膜系結(jié)構(gòu)具有在可見到近紅外特定波段吸收率達(dá)到99%的近完美吸收特性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，成本低，偏正不敏感，角度不敏感，可控性好，協(xié)調(diào)性高，可大面積生長(zhǎng)，對(duì)襯底無要求、納米加工技術(shù)成熟。
【專利說明】基于可見到近紅外波段吸收膜系結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸收膜，具體指金屬薄膜層-介質(zhì)薄膜層-金屬顆粒無序分布層多層膜系結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，電磁材料對(duì)當(dāng)前的信息、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生了愈來愈廣泛而深度的影響。近年來，新型人工電磁材料中的近完美吸收得到了越來越廣泛的關(guān)注，并應(yīng)用于熱輻射器、探測(cè)器、傳感器、光伏、空間分辨等領(lǐng)域。本發(fā)明針對(duì)紅外波段近完美吸收技術(shù)提出了可利用于探測(cè)器、空間分辨等領(lǐng)域的多層周期性膜系的制備方法。
[0003]一直以來，在金屬-介電層-金屬多層薄膜表面刻蝕周期性結(jié)構(gòu)是近完美吸收技術(shù)中的主流思想。而在可見到近紅外波段實(shí)現(xiàn)近完美吸收，材料表面的周期結(jié)構(gòu)必須要在數(shù)百納米的范圍內(nèi)，在金屬表面的小周期的高精度的是很難進(jìn)行大面積的刻蝕，此外這種蝕刻需要很平的表面，成為阻礙可見到近紅外特定波段近完美吸收技術(shù)發(fā)展的一大障礙。在探測(cè)器、光伏、空間分辨領(lǐng)域中，大面積、簡(jiǎn)單、可控和兼容性好的制備方法是其產(chǎn)業(yè)化的重要標(biāo)志。而本發(fā)明針對(duì)表面周期性結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，采用無序結(jié)構(gòu)金屬納米顆粒，實(shí)現(xiàn)在可見到近紅外特定波段近完美吸收的效果，具有對(duì)入射光偏正不敏感，角度不敏感，工藝簡(jiǎn)單，成本低，可控性好，協(xié)調(diào)性高，可在任意襯底上大面積生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)制備方法簡(jiǎn)單，可在任意襯底大面積生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)可見到近紅外特定波段近完美吸收的金屬薄膜層-介質(zhì)薄膜層-金屬顆粒無序分布層多層膜系結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的方法是在任意襯底上采用氣相沉積或液相沉積依次生長(zhǎng)金屬薄膜層、介質(zhì)薄膜層，其后利用氣相沉積或氣相沉積結(jié)合退火工藝在介質(zhì)薄膜層上生長(zhǎng)金屬顆粒無序分布層，最終形成金屬薄膜層-介質(zhì)薄膜層-金屬顆粒無序分布層多層膜系。
[0006]本發(fā)明所涉及的基于可見到近紅外波段吸收膜系結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為:在襯底I上依次是金屬薄膜層2、介質(zhì)薄膜層3和金屬顆粒無序分布層4，其中:
[0007]所述的金屬薄膜層2是金、銀、鉬、鋁或銅薄膜層，厚度為SOnm-1 μ m ；
[0008]所述的介質(zhì)薄膜層3是指對(duì)可見及近紅外波段透明的薄膜層，薄膜層的厚度為lnm_200nm ；
[0009]所述的金屬顆粒無序分布層4為金、銀、鉬、鋁或銅納米顆粒無序分布的等效薄膜層，等效薄膜層的平均高度為5nm-100nm,金屬顆粒的平均尺寸為10nm-200nm,金屬顆粒的表面覆蓋率為3%-90%。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:在可見到近紅外特定波段吸收可達(dá)到99%的近完美吸收，偏正不敏感，角度不敏感，工藝簡(jiǎn)單，成本低，可控性好，協(xié)調(diào)性高，可在任意襯底上大面積生長(zhǎng)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1:可見到近紅外近完美吸收膜系結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0012]圖2:可見到近紅外近完美吸收膜系結(jié)構(gòu)的吸收譜。
【具體實(shí)施方式】:
[0013]實(shí)施例1:
[0014]在硅襯底上依次利用氬離子束濺射200nm的銀薄膜，利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相法在銀薄膜上沉積50nm厚氧化鋅薄膜，然后利用磁控濺射方法濺射在氧化鋅薄膜上濺射3nm金薄膜，最后將多層膜結(jié)構(gòu)放入300°C環(huán)境下退火半小時(shí)形成表面為金顆粒隨機(jī)分布薄膜層，其平均高度為25nm，平均尺寸為50nm，表面覆蓋率是22%。最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。
[0015]實(shí)施例2:
[0016]在石英襯底上依次利用電鍍法沉積I μ m的銅薄膜，利用溶膠凝膠法在銀薄膜上旋涂200nm厚聚合電解質(zhì)薄膜，在氬離子束濺射儀器中用60mA電流轟擊銀靶3s在聚合電解質(zhì)薄膜上濺射銀顆粒層，所得銀顆粒層平均高度為10nm，顆粒平均尺寸為60nm，表面覆蓋率為90%。最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。
[0017]實(shí)施例3:
[0018]在玻璃襯底上依次利用熱蒸發(fā)沉積SOnm的金薄膜，利用原子層沉積法在銀薄膜上生長(zhǎng)Inm氧化鋁薄膜，最后利用靜電吸附方法將銅顆粒吸附在氧化鋁薄膜上，等效薄膜層平均高度為lOOnm，顆粒平均尺寸為200nm，表面覆蓋率為3%。最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。
[0019]實(shí)施例4:
[0020]在銅襯底上依次利用磁控濺射法沉積IOOnm的鉬薄膜，利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相法在鉬薄膜上生長(zhǎng)IOOnm氧化鋅薄膜，最后利用靜電吸附方法將鋁顆粒吸附在氧化鋅薄膜上，等效薄膜層平均高度為5nm，顆粒平均尺寸為10nm，表面覆蓋率為60%。最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。
[0021]實(shí)施例5:
[0022]在硅襯底上依次利用熱蒸發(fā)沉積300nm的鋁薄膜，利用溶膠凝膠法在鋁薄膜上生長(zhǎng)90nm氧化鈦薄膜，最后利用磁控濺射法在氧化鈦薄膜上濺射5nm鉬薄膜，最后將多層膜結(jié)構(gòu)放入300°C環(huán)境下退火半小時(shí)形成表面為鉬顆粒隨機(jī)分布薄膜層，其平均高度為30nm，平均尺寸為60nm，表面覆蓋率是30%最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。
[0023]實(shí)施例6:
[0024]在磨砂硅襯底上依次利用磁控濺射法沉積90nm的鉬薄膜，利用化學(xué)氣相沉積法在鉬薄膜上生長(zhǎng)60nm氮化硅薄膜，最后利用磁控濺射法在氮化硅薄膜上濺射2nm進(jìn)薄膜，最后將多層膜結(jié)構(gòu)放入300°C環(huán)境下退火半小時(shí)形成表面為金顆粒隨機(jī)分布薄膜層，其平均高度為20nm，平均尺寸為45nm，表面覆蓋率是24%最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。[0025]實(shí)施例7:
[0026]在鎵砷襯底上依次利用熱蒸發(fā)沉積150nm的銀薄膜，利用離子束輔助脈沖激光沉積法沉積30nm的氮化硼薄膜，最后利用磁控濺射法在氮化硼薄膜上濺射3nm金薄膜，最后將多層膜結(jié)構(gòu)放入450°C環(huán)境下退火5分鐘形成表面為金顆粒隨機(jī)分布薄膜層，其平均高度為25nm，平均尺寸為60nm，表面覆蓋率是24%最終獲得具有可見到近紅外波段近完美吸收特性的多層膜系結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于可見到近紅外波段吸收膜系結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為:在襯底(I)上依次是金屬薄膜層(2 )、介質(zhì)薄膜層(3 )和金屬顆粒無序分布層(4 )，其特征在于: 所述的金屬薄膜層(2)是金、銀、鉬、鋁或銅薄膜層，厚度為SOnm-1 μπι; 所述的介質(zhì)薄膜層(3)是指對(duì)可見及近紅外波段透明的薄膜層，薄膜層的厚度為lnm_200nm ； 所述的金屬顆粒無序分布層(4)為金、銀、鉬、鋁或銅納米顆粒無序分布的等效薄膜層，等效薄膜層的平均高度為5nm-100nm,金屬顆粒的平均尺寸為10nm-200nm,金屬顆粒的表面覆蓋率為3%_90%。
【文檔編號(hào)】B32B15/04GK103847164SQ201410020841
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張?jiān)? 陳鑫, 孫艷, 魏調(diào)興, 董文靜, 張克難, 戴寧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所