光学镀膜材料的应用进展 □王星明
□王星明 随着光学薄膜技术的出现与发展，对光学镀膜材料的需求已越来
随着光学薄膜技术的出现与发展，对光学镀膜材料的需求已越来越多。特别是近１０年来，由于光学薄膜工艺的应用得到了巨大的拓展，相应地对光学镀膜材料的需求也越来越多样和严格，促进了人们对这一新型化学材料的研究开发。从应用上考虑，光学镀膜材料需要具备的性能有：①对光波的吸收和散射损耗小；②要有确实的折射率，且在镀膜过程中不易分解；③与基体或其他膜层间有较好的附着力；④有良好的适应环境的性能。要具备这些性能，反映到光学镀膜材料本身，从其物理、化学性能来考虑，要求材料：①必须高纯。镀膜材料要求有害杂质如Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ等含量尽可能低。如ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５等作为镀膜材料其纯度一般在９９．９％或９９．９９％以上，因此制备镀膜材料必须有提纯工艺。②粉体材料易于加工成形。在镀膜过程中，粉体材料易发生飞溅，破坏真空系统，因此一般镀膜材料都要加工成片状或颗粒状。这就要求粉体材料要有良好的成型加工性能。这两点给制备镀膜材料的工艺过程提出了课题。通常，为了得到高纯的镀膜材料，在制备时，要采用物理或化学方法来提纯，如重结晶、气相沉积、利用挥发点温度的不同进行特定温度下的煅烧等。本文为阐述光学镀膜材料这一精细化学材料的应用进展，对它的提纯工艺及后续加工过程不再叙述。 概括说来，光学镀膜材料的应用主要体现在以下５个方面：
概括说来，光学镀膜材料的应用主要体现在以下５个方面： 一、各种光学系统
一、各种光学系统 在各种光学系统中，不同的应用要求就需要有不同的光学系统特
在各种光学系统中，不同的应用要求就需要有不同的光学系统特性。 １．减反膜 在高倍显微镜中，为了避免成像面出现的杂光或鬼
１．减反膜 在高倍显微镜中，为了避免成像面出现的杂光或鬼像，增强成像的对比度、灵敏度和清晰度，需在成像面上淀积适当的减少反射和增加透射的减反射膜（ＡＲ膜）。常见的用于减少反射的膜料有ＺｎＳ、ＭｇＦ２等。 ２．反射膜 人们很早就知道利用金属膜制作反射镜面，而在金
２．反射膜 人们很早就知道利用金属膜制作反射镜面，而在金属膜外镀上高折射率的双层１／４介质保护膜，可以有效增加金属膜层基底的反射率。这在利用金属膜作为分光膜用于高级应用时特别重要。用于增反膜的常用膜料有ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等。另外，利用上述性质，结合光的干涉、偏振等其他光学特性，可以制作出干涉滤光片、薄膜偏振器和分光器等。 二、集成光学
二、集成光学 由于光波长比微波短４～５个数量级，所以薄膜元件可以做得很
由于光波长比微波短４～５个数量级，所以薄膜元件可以做得很小，而且可以安置在互相连接的同一基底上，因此形成很紧密的、不易受振动损坏的以及不受周围温度变化影响的集成化的光线路。光学薄膜材料可用于制备集成光学中重要的元件———波导。在波导中应用的某些已被研究的材料有Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｅＯ２、ＧａＡｓ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３等。 光在诸如波导的二维媒质中传播既可以发生折射也可以在波导台
光在诸如波导的二维媒质中传播既可以发生折射也可以在波导台阶内全反射。根据这一性质，采用掩膜淀积法或受控蚀刻法等技术可以制造各种薄膜光学元件，如薄膜棱镜、薄膜透镜甚至薄膜光栅等。 三、光电子薄膜
三、光电子薄膜 光学薄膜用于光电子上，主要有透明导电膜和介质绝缘膜等。
光学薄膜用于光电子上，主要有透明导电膜和介质绝缘膜等。 １．透明导电膜 导电膜有金属膜和半导体材料膜两种，然而金
１．透明导电膜 导电膜有金属膜和半导体材料膜两种，然而金属膜对光不透明，且具有很高的电阻率，这在某些场合需要低的电阻率时，就完全不适用了。透明导电膜最具代表性的例子是ＩＴＯ（即Ｉｎ２Ｏ３和３％～１０％ＳｎＯ２烧结而成）膜，这种膜料电阻率低，光透明率高（８８％～９０％），膜层非常坚硬，且易于精细加工各种微细图形。另外还有ＺｎＯ∶Ａｌ透明导电膜，它对氢气有很高的稳定性。这些透明导电膜广泛应用于液晶光阀，场变色电极，飞机、坦克、大炮的观测仪器的观察镜，仪表玻璃，防雾玻璃以及硅太阳能电池的电极等。 ２．介质绝缘膜 由于薄膜的几何结构，块状绝缘体中存在的电
２．介质绝缘膜 由于薄膜的几何结构，块状绝缘体中存在的电介质击穿机理，在薄膜中都能消除了。介质绝缘膜具有良好的绝缘特性，导致最好绝缘薄膜的击穿电场是１０７Ｖ／ｃｍ，这比普通块状绝缘体的击穿电场提高了一个数量级。用于介质绝缘膜的镀膜材料主要有ＺｎＳ∶Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３等。 四、薄膜电致发光显示器件
四、薄膜电致发光显示器件 薄膜电致发光器件是一种新型平面冷光源，无论作为照明光源还
薄膜电致发光器件是一种新型平面冷光源，无论作为照明光源还是作为各种显示器件，都有许多自身的特点和优点，这是纯光源和其他显示器件所无法比拟的。这些优点包括：厚度薄，质量轻，结构紧凑，机械强度高，高分辨率，不限视角，响应速度快，工作温度范围宽，不会产生雪花和失真，发光效率高，发射光谱中无红外、紫外及放射性线，保密性好等等。目前关于薄膜电致发光显示器件的研究表明，随着社会信息化程度的不断提高，特别是多媒体技术发展和“信息高速公路”的建设，薄膜电致发光显示器件作为一种人机接口媒介，今后必将获得广泛的应用。 一个完整的薄膜电致发光显示器件由玻璃衬底和６个薄膜层组成。
一个完整的薄膜电致发光显示器件由玻璃衬底和６个薄膜层组成。这６个薄膜层依次是保护层、金属导电层、绝缘层、发光层、绝缘层和透明导电层，它们是决定薄膜电致发光显示器件发光质量的关键，解决这个关键的首要任务便是提供高性能的镀膜材料。目前，已经开发了ＺｎＳ掺杂Ｍｎ、Ｃｕ及稀土化合物的发光材料，适用于透明导电层的氧化铟锡ＩＴＯ膜料以及适用于绝缘层的Ｔａ２Ｏ５、ＢａＴｉＯ３、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３以及制备层叠绝缘膜的膜料等。 五、传感器
五、传感器 随着人们对光学薄膜研究的不断深入，又逐渐发现其许多其他方
随着人们对光学薄膜研究的不断深入，又逐渐发现其许多其他方面的用途，如用作气体传感器等。某些化合物如ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等具有半导体性质，掺入一定量的激活中心的这些化合物的薄膜由于具有吸收效应，使得薄膜电特性对周围气体有强烈的敏感性，所以能用于气体探测。如ＳｎＯｘ（Ｘ≈１．８５）膜传感器对ＮＯ、ＮＯ２和其化合气体很灵敏，其薄膜电阻可从空气中含５ｐｐｍ（１ｐｐｍ＝１０－６，下同）ＮＯｘ时的１０５Ω线性变化至空气中含１００ｐｐｍＮＯｘ时的１０６Ω，而其中空气的电阻是１０４Ω。这些薄膜对于Ｈ２和Ｈ２Ｓ也很敏感，因而能被用于探测Ｈ２和Ｈ２Ｓ。另外，像ＳｎＯ２＋Ｐｄ、ＳｎＯ２＋Ｐｔ、ＳｎＯ２＋Ａｇ等薄膜对氢气和烃类等可燃性气体很敏感，其膜导电率能改变２～４个数量级，因此可用于ＣＯ、ＣＨ４等气体的警报器上。文献还有对乙醇敏感的膜传感器的报道，这种传感器可以非常方便地检查司机是否酗酒。 另外，光学镀膜材料在光电一体化、微电子、磁性薄膜以及量子
另外，光学镀膜材料在光电一体化、微电子、磁性薄膜以及量子工程上的应用亦取得了许多进展。 总之，光学镀膜材料的应用研究取得了巨大的进展，对光学镀膜
总之，光学镀膜材料的应用研究取得了巨大的进展，对光学镀膜材料的种类及其性能的要求，如对镀膜材料纯度的要求等，正不断严格。然而，光学镀膜材料这一新型化学材料的制备尚未引起化工界的充分重视，本文对这一新型材料的应用做一概括，以期光学镀膜材料的制备研究得到更大的发展。