MgF2薄膜的制备方法及其应用

更新时间:2024-03-01 06:13:21 阅读: 评论:0

2024年3月1日发(作者:我是重庆人)

MgF2薄膜的制备方法及其应用

云南师范大学学报(自然科学版) 2013年9月一33卷5期(Vol。33 No.5) Journal of Yunnan Normal University DIO:10.7699/j.ynnu.IlS一2013-066 MgF2薄膜的制备方法及其应用 李石周, 廖华, 安家才, 王建秋, 付蕊, 肖祥江, 白红艳, 谢明达 (云南师范大学太阳能研究所;教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室; 云南省农村能源工程重点实验室,云南昆明650092) 摘要: 概述了MgF 薄膜的制备方法及其在各领域中的应用。通过对制备方法的对比研究和分 析,得到:众多的方法中,真空蒸发具有较为简单的设备和方法;而应用最多的是电子束蒸发法。MgF: 薄膜以其优异的性能已广泛应用于各行业中。 关键词:氟化镁;制备方法;应用;减反射膜 中图分类号:0484 文献标志码: A 文章编号: 1007—9793(2013)05—0034—04 氟化镁(MgF )是无色金红石(TiO )型结构, 四方晶系,点群4/mmm,空问群P42/mnm.作为一 种广泛应用的光学性能优良的镀膜材料,氟化镁 薄膜具有折射率低(n=1.38)、透明波段宽 (120nm~8 000nm)、能隙宽(E =11eV)、热稳定 性好、机械强度大和激光损伤阈值高等优异性能, 是制备增透膜、高反膜和高损伤阈值膜的重要材 料 ,因此MgF 薄膜在各种光学膜层制备中有 着广泛的应用。 如化学均匀性好、纯度高、颗粒细、操作简单等。 但其工艺程序复杂、薄膜厚度与均匀性控制稍差。 崔延霞等采用溶胶一凝胶法 J,以醋酸镁和 氟化氢为原料,用甲醇为溶剂制备了MgF,溶胶, 并利用浸渍提拉法在石英基片上镀膜,结果表明: 通过该方法制备出的MgF 薄膜表面平整,在紫外 区的增透性能良好,具有较高的抗激光损伤性能。 1.2脉冲激光淀积法 脉冲激光淀积法(PLD)是一种广泛应用的新 兴的薄膜制备技术,与其他技术相比最主要的优 点是它能得到化学配比良好的材料,目前已广泛 应用于化合物半导体材料I 和超导材料 的 制备。 本文研究MgF:薄膜的制备方法及其相关应 用,逐渐探索其在太阳电池上的应用。 l MgF:薄膜的制备方法 目前MgF,薄膜的制备方法主要有:真空蒸发 法、磁控溅射法、溶胶一凝胶法、脉冲激光淀积法 等,其中应用最多的是电子束蒸发法。 1.1溶胶一凝胶法(S0l—gel法) 溶胶.凝胶法…是6O年代发展起来的一种 制备玻璃、陶瓷等无机材料的新方法。它是将金 属醇盐或无机盐经水解或经解凝形成溶胶,然后 再将溶质聚合凝胶化、干燥、焙烧,最后得到无机 于琳等利用脉冲激光淀积方法制备了MgF 光学薄膜 ,对其表面形貌以及光学性质进行了 测试分析。x射线光电子能谱分析显示样品具有 很好的化学组分配比,F/Mg原子比在1.9~2.1 之间,接近体材料,在可见光波段其光透过率为 60%~80%,在红外波段达到了90%以上,而且 由克喇末一克劳尼格关系(简称KK关系)变换计 算的折射率大约为1.39,也接近体材料折射率 1.38. 材料的一种方法。它与许多其他的纳米微粒的制 备方法(如溅射法、水热法等)相比,有很多优点, 2.3磁控溅射法 磁控溅射技术也是被广泛应用的制备薄膜的 收稿日期:2013—07—18 作者简介:李石周(1985一),男,云南马龙人,硕士研究生,主要从事太阳电池方面的研究. 通信作者:廖华,博士,研究员,主要从事太阳能光伏应用研究.Liaohua8@vip.sina.con 

第4期 李石周,等:MgF 薄膜的制备方法及其应用 ・35・ 方法,与其他方法相比,具有较低的沉积温度、较 高的溅射速率、沉积的薄膜附着力强、设备操作简 便、制造成本较低、易于进行大批量生产等优点, 目前已广泛用于各种薄膜材料的制备 “J。 史守华等采用射频磁控溅射技术¨ 在室温 si基片上制备出厚度分别25.Onm和60.7nm的 MgF 薄膜样品,对薄膜的光学常数测试分析,结 果表明:在250~830nm光频范围内,随着膜厚增 加,MgF:薄膜的光学常数I1、k的变化范围减 小,平均值增大,而且MgF:薄膜样品的吸收曲线 中,在波长入为270nm和360nm处均出现吸收 峰,分析表明是由通过辐射产生的F心引起的吸 收峰。孙兆奇等¨ 用射频磁控溅射法在室温si 基片上制备了60.7~1 545.0nm范围内不同厚度 的MgF:薄膜,并对其微结构和应力分布进行了测 试分析,结果表明:制备的MgF,薄膜在 =30mm 选区内全场平均应力均表现为张应力;随膜厚增 加,其平均应力值开始呈近似线性缓慢减小,当膜 厚大于i 200nm时,其平均应力及应力差基本趋 于稳定。 但是Martinu等¨ 采用磁控溅射方法制备 MgF:薄膜时,氟镁比例与标准计量比差距较大, 氟缺陷很多,而且存在多余的氧。因而如何得到 氟镁比良好且折射率低的氟化镁薄膜成为人们一 直关注的一个重要课题。 2.4真空蒸发法 真空蒸发是目前真空镀膜技术中一种成熟且 主要的真空镀膜方法。而电子束蒸发是将膜材放 入水冷铜坩埚中,直接利用电子束加热,使膜材中 的原子或分子从表面汽化逸出后入射到基片表面 凝结成膜¨ 。 尚淑珍等采用传统的电子束热蒸发方法镀制 的193nm A1:O,/MgF 反射膜 ,并对它们在空 气中分别进行了25O—400℃的高温退火,发现样 品的光学损耗随退火温度的升高而下降,而后趋 于饱和,而且还发现随着退火温度的升高散射损 耗有所增加。郑臻荣等¨ 用电子束蒸发在Kq玻 璃上制备了由TiO,和MgF,两种材料构成的8层 结构的在400~900nm波段上的超宽带减反射 膜,实验结果表明:用这两种材料设计的超宽带减 反射膜有很好的减反射效果,而且对于垂直入射 的情况,多种材料的膜系并不比两种材料更具优 越性。袁海荣 在Al Ca。 As/GaAs太阳电池 表面蒸镀MgF /ZnS双层减反射膜可明显减少太 阳光的反射,增加光吸收,提高太阳电池短路电流 和转换效率。 虽然氟化镁(MgF,)在紫外波段是光学薄膜 最具应用潜力的材料之一,并且已被广泛研 究¨ 2 5l,但是其薄膜的性能在很大程度上与沉积 方法和沉积工艺条件密切相关 卜 ,而掌握和控 制各个具体制备条件是制造优质薄膜的重要环 节,因此有必要对MgF,薄膜做更深入的研究。然 而由于MgF:薄膜的光学损耗比较低,因此在所有 的沉积方法中比较合适的是真空蒸发法,而沉积 温度又是最重要的工艺参数之一¨ 。 2 MgF:薄膜的应用 2.1 MgF,薄膜在化工领域的应用 氟化镁既是一种氟化工行业的下游产品,同 时也是一种重要的无机化工原料。它是生产玻 璃、特种陶瓷和热压晶体的重要原料,可作为冶炼 金属铝和镁的助熔剂,作为焊接剂,作为颜料的涂 着剂,另外还可用于制备光学仪器中的各种镜片、 滤光涂层和阴极射线屏中的荧光材料等精密部 件。随着科技的发展,近年来对紫外和红外研究 不断的深入,其应用越来越广,氟化镁的应用需求 也将逐步增大 J。 在具有钙钛矿结构的La Ca MnO (简记为 LCMO)薄膜上蒸镀MgF 保护膜 ,研究表明该 薄膜可以有效地保护LCMO薄膜不被损坏、提高 探头的稳定性,并且蒸镀上MgF 保护膜后,其激 光感生电压(LITV)峰值与激光能量仍然成较好 的线性关系。孙兆奇等 采用真空蒸发技术制 备了Cu—MgF 纳米金属陶瓷薄膜。微结构分析表 明该薄膜由fee—Cu晶粒均匀分布于主要呈非晶 态的MgF 陶瓷基体中构成的,其平均粒度约为 l4~16nm.而对Cu—MgF 纳米金属陶瓷薄膜的吸 收光谱特性测试表明:随波长增加,吸收减小;Cu 纳米晶粒的表面等离子共振在560nm处出现吸 收峰;短波长区表现出较强的Cu的带间跃迁吸 收。同时用三维弥散系统的Maxwell—Garnett理论 计算的Cu—MgF 复合体系的吸收光谱与实验结果 基本吻合。因而能够从理论上对Cu.MgF 复合体 系的实验吸收光谱特性作出较好的解释。 2.2 MgF,薄膜在减反射膜上的应用 氟化镁薄膜由于折射率低、透明波段宽、能隙 宽、热稳定性好等优异性能 ,因此MgF,薄膜在 减反射膜上也有着广泛的应用。 孙秀菊等采用真空热蒸发技术-3 ,制备出 

・36・ 云南师范大学学报(自然科学版) 第33卷 性能优良的MgF /ZnS双层减反射薄膜,其研究 表明衬底温度为200 ̄C且MgF:/ZnS厚度为 110nm~35nm时具有最佳减反射效果。罗小 兰 利用混合介质理论模型和TFCalc膜系设计 软件,通过双源共蒸工艺制备了MgFz-TiO 混合 渐变折射率薄膜。结果发现随着膜厚的增加,薄 膜的折射率从2.18逐渐降至1.59,并且以指数 函数发生渐变,这种薄膜在400~800nm波段的 平均反射率仅为5.56%,减反特性优于分层介质 减反膜,不仅在中心波长附近消除了菲涅尔反射, 取得全透效果,而且还基本实现了全方位减反,适 合于全天候的服役环境。 3 结束语 随着科技的不断发展,MgF 在光学仪器、特 种陶瓷、玻璃和冶金等领域的用途越来越广泛,对 其性能的要求也越来越高,而制备方法与其性能 密切相关。各种制备方法都有其各自的优缺点, 研究比较表明:真空蒸发是较为适合的MgF 薄膜 制备方法;而其中应用电子束蒸发法制备MgF 的 研究较多;与其他薄膜材料,如:ZnS、TiO 等构成 双层膜系,探索其在太阳电池上的应用。近年来, MgF 薄膜的研究在不断深人,并且以其优异的性 能在较多的领域中获得研究及应用。 参考文献: [1] 王宝玲,吴兴惠,柳清菊,等.溶胶一凝胶法制备氧化 铝薄膜的研究[J].云南大学学报:自然科学版, 2002,24(1A):56—62. [2] 崔延霞,张磊,徐耀,等.溶胶一凝胶法MgF 紫外增透 膜的制备和性能研究[J].强激光与粒子,2008,20 (3):401—405. [3] JOSEPH M,TABATA H,KAWAI T.Ferroelectric be— havior of Li—doped ZnO thin films on Si(100)by pulsed laser deposition[J].App1.Phys Lett.,1999, 74:2534—2536. [4]CHO K G,KUMAR D,LEE D G.Improved lumines— eence properies of pulsed laser deposited Eu:Y2 O3 thin films on diamond coated silicon substrates[J]. App1.Phys.Lett.,1997,71:3335—3337. [5] Shinde S R,Ogale S B,Greene R L.Supercon— ducting MgB2 thin films by pulsed laser deposition [J].App1.Phys Lett.,2001,79:227-229. [6] 于琳,韩新海,王冠中,等.脉冲激光淀积MgF 薄膜 的制备及性质研究[J].量子电子学报,2004,21 (1):48-50. [7]PAL U,SEGURA G C,CORONA O.Preparation of Ge/ZnO nanocomposites by radio frequency alternate sputtering[J]. Solar Energy Mater Solar Cells, 2003,76(3):305—312. 1 8 1 FAN D H,NING Z Y,JIANG M F.Characteirstics and luminescence of Ge doped ZnO films prepared by alternate radio frequency magnetron sputtering [J].Appl Sur Sci,2005,245(1—4):414—419. [9] AWAN S A,GOULD R D,SGRAVANO.Electircal conduction processes in silicon nitride thin films prepared by r.f.magnetron sputtering using nitrogen gas[J].Thin Solid Films,1999,355-356:456—460. [10]陈蓓蓓,蔡瑜,周涛.溅射工艺参数对TiAIN薄膜力 学性能及结构成分的影响[J].机械工程材料, 2007,31(9):15—22. [11]RANA M M,BUTLER D P.Radio Frequency sput— tered Sil…Ge and Si1…Ge O thin films for uncooled infrared detectors l J 1.Thin Solid Films,2006,514 (1-2):355—360. [12]史守华,何玉平,宋学萍,等.si基片上射频磁控溅 射MgF:薄膜的光学常数研究[J].合肥工业大学学 报:自然科学版,2003,26(3):384—387. [13]孙兆奇,吕建国,何玉平,等.射频磁控溅射的不同 厚度MgF 薄膜的微结构和应力特性[J].硅酸盐学 报,2004,32(6):700—703. [14]MARTINU L,BIEDERMAN H,HOLLAND L.Thin iflms prepared by sputtering MgF2 in an rf planar magnetron[J].Vacuum,1985,35(12):531. [15]陈敏,王存华.真空镀膜机的原理及故障分析[J]. 光电子技术,2002,22(2):114—118. [16]尚淑珍,邵建达,沈健,等.退火对电子束热蒸发 193nm A1 O /MgF 反射膜性能的影响[J].物理学 报,2006,55(5):2639-2643. [17]郑臻荣,顾培夫,陈海星,等.超宽带减反射膜的设 计和制备[J].光学学报,2009,29(7):2026—2029. I l8 l ZUKIC M,TORR D G,SPANN J F,et a1.Vacuum ultraviolet thin films.1:Optical constants of BaF2, CaF2,LaF3,MgF2,A12O3,HfO2 and SiO2[J].Appl Opt,1990,29(28):4284—4292. 『19]EVA E,MANN K,SCHALLENBERG U B,et a1.In— lfuence of the number of double layers on the dam age threshold of A12 O3/SiO2 and LaF3/MgF2 mirrors at 248 nml C 1.Proc of SPIE,1995,2714:499—510. 1 20 KAISER N,ANTON B,JAEN CHEN H,et a1.Laser conditioning of LaF3/MgF2 dielectric coatings for ex— cimer lasers[c].Proc of SPIE,1995,2428:400 -409. [21]DIJON J,QUESN EL E,ROLL AND B,et a1.High damage threshold fluoride UV mirrors made by ion 

第4期 李石周,等: MgF:薄膜的制备方法及其应用 ・37・ beam sputt—ering[C].Proc of SPIE,1998,3244:406— 416. Visible light photodegradation of 4-chlorophenol with a coke—containing titanium dioxide photocatalyst[J]. Applied Catlysais B:Environmental,2001,32(4):215 -[22]PROT OPAPA M L,PERRONE M R,PIEGARI A M,et a1.Laser damage threshold of MgF2 thin films 227. by photoacoustic beam deflection[C].Proc of SPIE, 2000。3902:175—181. [29]SHAHED U M KHAN,MOFAREH AL—SHAHRY, WILLIAM B INGLER,et a1.Efficient photochemical [23]PROT OPAPA M L,DE TOMASI F,PERRONE M water splitting by a chemically modified n—TiO2[J]. Science,2002,297(5590):2243—2245 R.Laser damage studies on MgF2 thin films[J].J Vac Sci Technol,2001,19(2):681—688. [30]陈崧哲,张彭仪,祝万鹏,等.可见光响应光催化剂 研究进展[J].化学进展,2004,16(4):613—619. [24]YOSH IDA K,OHYA M,H AT OOKA K,et a1. Optical properties of porous fluoride coatings for UV [31]俞守耕.钙钛矿型氧化物在净化汽车尾气催化剂中 的应用[J].贵金属,2001,22(2):61—66. and DUV lasers[c].Proc of SPIE,2002,4679:429 —434. [32]杨永安,刘翔,张鹏翔.MgF 保护膜的制备及其性能 研究[J].云南冶金,2006,35(1):56—58. [33]孙兆奇,吴桂芳,李爱侠,等.Cu.MgF 纳米金属陶瓷 [25]RIST Au D,GUNSTER S,BOSCH S,et a1.Ultravio— let optical and microstructural properties of MgF2 and LaF3 coatings deposited by ion-beam sputtering and boat and electron-beam evaporation[J].Appl Opt, 2002,41(16):3196—3204. 薄膜的微结构及吸收光谱特性研究[J].安徽大学 学报:自然科学版,2000,24(3):64—69. [34]占美琼,黄建兵,尚淑珍,等.真空退火对355nm [26]袁海荣.Al Gal一 As/GaAs太阳电池MgF2/ZnS双层 减反射膜的研究[J].太阳能学报,2000,21(4):371 -A1 0,/MgF:高反射薄膜性能的影响[J].强激光与 粒子束,2004,16(11):1389—1392.. [35]孙秀菊,李海玲,励旭东,等.硅太阳电池用MgF,/ZnS 双层减反射薄膜的制备及表征[J].人工晶体学报, 2009,38(3):547-550. 378. [27]ASAHI R,MORIKAWA T,OHWAKI T,et a1.Visi— ble——light photocatalysis innitrogen——doped titanium oxides[J].Science,2001,293(13):269-271. [28]LETI'MANN C,HILDENBRAND K,KISCH H,et a1. [36]罗小兰.TiO 系光学减反膜的设计与制备[D].湖南 大学,2011. Preparation Method and its Application of MgF2 Films LI Shi—zhou,LIAO Hua,AN Jia-cai,WANG Jian—qiu,FU Rui, XIAO Xiang-jiang,BAI Hong—yan,XI E Ming—da (Solar Energy Research Institute;Key Laboratory of Advance Technology and Preparation for Renewable Energy Materials,ministy of Educatiron;Yunnan Province Key Lab of Rural Energy Engineering, Yunnan Normal University,Kunming 650092,China) Abstract:The preparation methods and applications of MgF2 films were outlined.It is found that for the preparation,vacuum evaporation method has simple equipments while the electron beam evaporation method is most widely used.For its excellent performance,MgF2 films have been widely used in various industry fields. Key words: Magnesium fluoride;Preparation method;Application;Antireflection films 

MgF2薄膜的制备方法及其应用

本文发布于:2024-03-01 06:13:20,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.wtabcd.cn/zhishi/a/1709244801252126.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

本文word下载地址:MgF2薄膜的制备方法及其应用.doc

本文 PDF 下载地址:MgF2薄膜的制备方法及其应用.pdf

标签:薄膜   制备   方法   材料   应用   研究
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2022 Comsenz Inc.Powered by © 实用文体写作网旗下知识大全大全栏目是一个全百科类宝库! 优秀范文|法律文书|专利查询|