专利名称：一种透明金属介电复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电磁波信号处理的复合薄膜材料或器件，特别是一种类半导体量子阱对称结构的透明金属介电复合材料。
本发明和已有技术对比，其区别于利用所谓光子能带结构的金属介电复合材料或器件的不同点以及优点在于1)基于的原理不同，本发明主要基于两对称放置的诱导层之间多次反射，结果类似量子阱的共振增强或者相消的效应，而不是利用很多周期的两种不同折射率、具有各自相同厚度的薄膜周期排列而形成的通带、阻带结构的光谱结构。2)在相同层数金属、对应各金属层厚度相同或者金属层总厚度相同的条件下(即防红外或者防微波能力相同的条件下)，在整个可见光区域或者对应的可见光区域内透射率要高出30％到100％以上。3)在保证相同透明程度或者要求波段相同透射特性的条件下，本发明相对光子能带结构的复合材料可以用更厚的金属和更多的金属层数。则此时防红外或者防微波的能力增强。4)金属膜材料和金属体材料对电磁波的响应有显著不同，一般来说，随着膜层厚度的减小，金属膜的电导率要明显见小，对微波和红外以及可见光的衰减能力要显著减弱，例如结构中只采用一层厚的金属膜对微波或者红外的防护能力要好于采用用3层1/3厚度的金属膜对红外和微波的防护能力。5)从制备技术上考虑，金属膜过薄则可能过渡到不连续膜，此时的金属膜导电性能很差，类似与绝缘材料，此时对红外、微波的高反射能力大幅降低或者丧失。例如制备10纳米厚的银膜，则由于厚度的起伏等因素而使得由20层10纳米厚的银膜构成的光子能带金属介电复合材料或器件很难达到理论上200钠米银膜总厚度所对应的对红外和微波的屏蔽作用，而同时在可见光区域只有最多不超过40％的透射率。本发明则可以只利用8层平均每层25钠米的银膜在达到理论上200钠米银膜总厚度所对应的对红外和微波的屏蔽作用时，在更宽的可见光区域范围内有最多可以超过60％的透射率。6)从成本与可行性方面来考虑，多层膜的层数越多，制备的费用越高、要求的技术越高，膜的力学性能等下降而缺乏可实现性。7)通过调节诱导层的结构、厚度、周期数以及在复合层中的掺杂使得本发明有更加优良的可调谐性能。对照金属介电光子能带结构的复合薄膜材料或者器件来说，本发明在保证相同金属层数和金属总厚度的同时在可见光区域有更好的透明度，对可见光的高透射不是基于不同折射率的两种介电材料排列形成光子能带结构达到对可见光的透明，而是利用单周期的诱导层对称放置形成类似与半导体量子阱结构的对称结构，频率与结构相匹配的可见光经过多次反射相干增透而得到整个可见光区域透明的效果或者达到要求的可见波段高透同时屏蔽绝大部分其它波段电磁波的效果。本发明的方块电阻大约为10-1到10-2Ω/cm2，比ITO膜小三到四个数量级而可以具备优良的导电和完全防静电的功能。可用做各种视窗的窗口材料。如果选择二氧化钛或者氧化锆等对紫外强烈吸收的介质用于所述诱导层或功能层中的介电介质膜，则具备紫外防护能力，通过调节该种介质材料纳米颗粒尺寸以及诱导层的结构和厚度可以覆盖部分或者整个紫外区域，使得紫外辐射不能透射而达到对紫外的完全防护，有益于健康。所述的功能层复合在诱导层之间可采用已有技术中的电子束蒸发或者溅射等方法来制作。本发明通过多次反射以及类量子阱效应的共振增强效应使得在增透所要求波段的的电磁波的同时，例如可见波段的入射光，反射其它所有波长更长的电磁波，如红外、微波、无线电波以及长波等。本发明所涉及的材料或者器件的方块电阻约为10-1到10-3Ω/cm2，具有优良的导电性能和防静电性能；通过材料的选择和材料内部各薄膜层厚度的调整可以得到防紫外的功能。在外加电压或者采用有非线性光学响应的材料的情况下，高透射区域的波段可以调谐。以上的特性都可用于做各种视窗的窗口材料或透明体材料以及宽带的可调谐滤波器件，在防红外、微波、无线电波或者紫外的同时透射要求波段的电磁波，也可用于制作金属半导体光电探测器的相关器件。
总体而言，本发明在保证可见光区域较好透过特性的同时屏蔽红外以及波长更长的电磁波辐射，如微波、无线电波，同时具备全频段的紫外防护能力，通过特殊的膜结构设计可以得到在可见光区域高度的透明度，或者在所需要波段内的高透射其它波段高屏蔽的宽带滤波效应。
图2是本发明的一种类半导体量子阱结构的透明金属介电复合材料中的功能层结构的示意图。
权利要求
1.一种透明金属介电复合材料，由对称放置在两侧的诱导层和中间的功能层构成，其特征在于所述的对称放置在两侧的诱导层各由两层不同的透明介质薄膜构成，两侧的诱导层光学厚度相同，所述的功能层复合在对称放置的诱导层之间，结构如A1B1CB2A2，前面的A1B1对应所述的由两层不同的透明介质薄膜构成的一个诱导层，后面的B2A2对应所述的由两层不同的透明介质薄膜构成的另一诱导层，中间的C代表功能层，所述的功能层中也可以同时掺杂诱导层形成多重的量子阱结构
2.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的功能层可以由一种、两种或两种以上的介质膜构成，所述的介质包含至少一层金属介质膜，或者由多层的金属膜、介电或半导体介质膜构成，每层金属膜两边为介电介质膜或半导体膜，所述的功能层两端的薄膜是金属膜，金属膜直接复合在透明的诱导层上，所述的功能层中由相同材料构成的半导体膜或者介质膜的厚度相同。
3.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的诱导层的各层薄膜的光学厚度小于功能层中各层介电介质膜或者半导体膜的光学厚度的十分之一。
4.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的金属材料为银、金、铝、铜等金属材料。
5.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的功能层中的介电介质膜为二氧化钛。
6.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的功能层含有大于或等于3层的金属膜，每一层金属膜的厚度相同，或者最中心处的金属膜的厚度大于每层金属膜的平均厚度，金属膜的厚度沿最中心的金属膜向两边的各层金属膜的厚度依次减小，两边复合在诱导层的金属膜为最薄的金属膜，其厚度大于或等于中心最厚金属膜的40％。
7.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的诱导层中的薄膜A1和薄膜A2为硫化锌，薄膜B1和薄膜B2为氟化镁。每个诱导层的实际厚度为2.0纳米到1000.0纳米之间，其功能层中的介电薄膜为氟化镁，实际厚度为2.0纳米到1000.0纳米之间，采用的金属膜为银，复合在两边的氟化镁薄膜上，每层金属银的厚度在5纳米到60纳米之间。
8.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于其高透过区域有大于或等于50％的透射率，屏蔽的红外波段或者其它长波的电磁波泄露小于或等于入射电磁波能量的十万分之一。
9.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于在可见光区域的高透过区域有大于或等于50％的透射率，同时在微波波段1M(106)赫兹到10G(3×109)赫兹范围内的任意频率的电磁波泄露不大于或远远小于入射电磁波能量三千分之一。
10.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于所述的高透射区域可以包括近红外以及中红外区域。
11.如权利要求1所述的一种透明金属介电复合材料，其特征在于两侧的诱导层和中间的诱导层也可以分别包含多于一个周期的双层透明薄膜结构，例如一侧的诱导层结构为ABAB...AB，相应在功能层另一侧的诱导层结构为BABA...BA。各个诱导层的光学厚度可以不同，功能层中由相同材料构成的薄膜厚度可以不同。
全文摘要
一种透明金属介电复合材料，由对称放置在两侧的诱导层和中间的功能层构成，其特征在于所述的对称放置在两侧的诱导层各由两层不同的透明介质薄膜构成，两侧的诱导层光学厚度可以不同，所述的功能层复合在对称放置的诱导层之间，所述的两个诱导层的光学厚度相同，所述的功能层中也可以同时掺杂诱导层形成多重的量子阱结构。本发明通过多次反射以及类量子阱效应的共振增强效应使得在增透所要求波段的的电磁波的同时，反射其它所有波长更长的电磁波，可用于做各种视窗的窗口材料或透明体材料，在防红外、微波、无线电波或者紫外的同时透射要求波段的电磁波，也可用于制作金属半导体光电探测器的相关器件。
文档编号G02B1/00GK1425555SQ0114266
公开日2003年6月25日 申请日期2001年12月14日 优先权日2001年12月14日
发明者张会琴, 潘晓英 申请人:张会琴, 潘晓英