基于可见到近红外波段吸收膜系结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于可见到近红外波段吸收膜系结构，在任意衬底上采用气相沉积、液相沉积依次生长金属薄膜层、介质薄膜层，其后利用气相沉积或气相沉积结合退火工艺在介质薄膜层上生长金属颗粒无序分布层。其中金属薄膜层厚度为80nm-1μm，介质薄膜层厚度为1nm-200nm，金属颗粒无序分布层中等效薄膜层平均高度为5nm-100nm，颗粒平均尺寸为10nm-200nm，金属颗粒表面覆盖率为3%-90%。此可见到近红外波段吸收膜系结构具有在可见到近红外特定波段吸收率达到99%的近完美吸收特性。本发明的优点是：工艺简单，成本低，偏正不敏感，角度不敏感，可控性好，协调性高，可大面积生长，对衬底无要求、纳米加工技术成熟。
【专利说明】基于可见到近红外波段吸收膜系结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸收膜，具体指金属薄膜层-介质薄膜层-金属颗粒无序分布层多层膜系结构。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的高速发展，电磁材料对当前的信息、国防、经济、医学等领域产生了愈来愈广泛而深度的影响。近年来，新型人工电磁材料中的近完美吸收得到了越来越广泛的关注，并应用于热辐射器、探测器、传感器、光伏、空间分辨等领域。本发明针对红外波段近完美吸收技术提出了可利用于探测器、空间分辨等领域的多层周期性膜系的制备方法。
[0003]一直以来，在金属-介电层-金属多层薄膜表面刻蚀周期性结构是近完美吸收技术中的主流思想。而在可见到近红外波段实现近完美吸收，材料表面的周期结构必须要在数百纳米的范围内，在金属表面的小周期的高精度的是很难进行大面积的刻蚀，此外这种蚀刻需要很平的表面，成为阻碍可见到近红外特定波段近完美吸收技术发展的一大障碍。在探测器、光伏、空间分辨领域中，大面积、简单、可控和兼容性好的制备方法是其产业化的重要标志。而本发明针对表面周期性结构进行调整，采用无序结构金属纳米颗粒，实现在可见到近红外特定波段近完美吸收的效果，具有对入射光偏正不敏感，角度不敏感，工艺简单，成本低，可控性好，协调性高，可在任意衬底上大面积生长等优点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种实现制备方法简单，可在任意衬底大面积生长，实现可见到近红外特定波段近完美吸收的金属薄膜层-介质薄膜层-金属颗粒无序分布层多层膜系结构。
[0005]本发明的方法是在任意衬底上采用气相沉积或液相沉积依次生长金属薄膜层、介质薄膜层，其后利用气相沉积或气相沉积结合退火工艺在介质薄膜层上生长金属颗粒无序分布层，最终形成金属薄膜层-介质薄膜层-金属颗粒无序分布层多层膜系。
[0006]本发明所涉及的基于可见到近红外波段吸收膜系结构，其结构为:在衬底I上依次是金属薄膜层2、介质薄膜层3和金属颗粒无序分布层4，其中:
[0007]所述的金属薄膜层2是金、银、钼、铝或铜薄膜层，厚度为SOnm-1 μ m ；
[0008]所述的介质薄膜层3是指对可见及近红外波段透明的薄膜层，薄膜层的厚度为lnm_200nm ；
[0009]所述的金属颗粒无序分布层4为金、银、钼、铝或铜纳米颗粒无序分布的等效薄膜层，等效薄膜层的平均高度为5nm-100nm,金属颗粒的平均尺寸为10nm-200nm,金属颗粒的表面覆盖率为3%-90%。
[0010]本发明的优点是:在可见到近红外特定波段吸收可达到99%的近完美吸收，偏正不敏感，角度不敏感，工艺简单，成本低，可控性好，协调性高，可在任意衬底上大面积生长。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1:可见到近红外近完美吸收膜系结构的示意图。
[0012]图2:可见到近红外近完美吸收膜系结构的吸收谱。
【具体实施方式】:
[0013]实施例1:
[0014]在硅衬底上依次利用氩离子束溅射200nm的银薄膜，利用金属有机化学气相法在银薄膜上沉积50nm厚氧化锌薄膜，然后利用磁控溅射方法溅射在氧化锌薄膜上溅射3nm金薄膜，最后将多层膜结构放入300°C环境下退火半小时形成表面为金颗粒随机分布薄膜层，其平均高度为25nm，平均尺寸为50nm，表面覆盖率是22%。最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0015]实施例2:
[0016]在石英衬底上依次利用电镀法沉积I μ m的铜薄膜，利用溶胶凝胶法在银薄膜上旋涂200nm厚聚合电解质薄膜，在氩离子束溅射仪器中用60mA电流轰击银靶3s在聚合电解质薄膜上溅射银颗粒层，所得银颗粒层平均高度为10nm，颗粒平均尺寸为60nm，表面覆盖率为90%。最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0017]实施例3:
[0018]在玻璃衬底上依次利用热蒸发沉积SOnm的金薄膜，利用原子层沉积法在银薄膜上生长Inm氧化铝薄膜，最后利用静电吸附方法将铜颗粒吸附在氧化铝薄膜上，等效薄膜层平均高度为lOOnm，颗粒平均尺寸为200nm，表面覆盖率为3%。最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0019]实施例4:
[0020]在铜衬底上依次利用磁控溅射法沉积IOOnm的钼薄膜，利用金属有机化学气相法在钼薄膜上生长IOOnm氧化锌薄膜，最后利用静电吸附方法将铝颗粒吸附在氧化锌薄膜上，等效薄膜层平均高度为5nm，颗粒平均尺寸为10nm，表面覆盖率为60%。最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0021]实施例5:
[0022]在硅衬底上依次利用热蒸发沉积300nm的铝薄膜，利用溶胶凝胶法在铝薄膜上生长90nm氧化钛薄膜，最后利用磁控溅射法在氧化钛薄膜上溅射5nm钼薄膜，最后将多层膜结构放入300°C环境下退火半小时形成表面为钼颗粒随机分布薄膜层，其平均高度为30nm，平均尺寸为60nm，表面覆盖率是30%最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0023]实施例6:
[0024]在磨砂硅衬底上依次利用磁控溅射法沉积90nm的钼薄膜，利用化学气相沉积法在钼薄膜上生长60nm氮化硅薄膜，最后利用磁控溅射法在氮化硅薄膜上溅射2nm进薄膜，最后将多层膜结构放入300°C环境下退火半小时形成表面为金颗粒随机分布薄膜层，其平均高度为20nm，平均尺寸为45nm，表面覆盖率是24%最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。[0025]实施例7:
[0026]在镓砷衬底上依次利用热蒸发沉积150nm的银薄膜，利用离子束辅助脉冲激光沉积法沉积30nm的氮化硼薄膜，最后利用磁控溅射法在氮化硼薄膜上溅射3nm金薄膜，最后将多层膜结构放入450°C环境下退火5分钟形成表面为金颗粒随机分布薄膜层，其平均高度为25nm，平均尺寸为60nm，表面覆盖率是24%最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
【权利要求】
1.一种基于可见到近红外波段吸收膜系结构，其结构为:在衬底(I)上依次是金属薄膜层(2 )、介质薄膜层(3 )和金属颗粒无序分布层(4 )，其特征在于: 所述的金属薄膜层(2)是金、银、钼、铝或铜薄膜层，厚度为SOnm-1 μπι; 所述的介质薄膜层(3)是指对可见及近红外波段透明的薄膜层，薄膜层的厚度为lnm_200nm ； 所述的金属颗粒无序分布层(4)为金、银、钼、铝或铜纳米颗粒无序分布的等效薄膜层，等效薄膜层的平均高度为5nm-100nm,金属颗粒的平均尺寸为10nm-200nm,金属颗粒的表面覆盖率为3%_90%。
【文档编号】B32B15/04GK103847164SQ201410020841
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】张云, 陈鑫, 孙艳, 魏调兴, 董文静, 张克难, 戴宁 申请人:中国科学院上海技术物理研究所