现代光学薄膜技术篇1
关键词：半导体；光刻；图形；薄膜；沉积
Doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.038
0引言
人来研究半导体器件已经超过135年[1]。尤其是进近几十年来，半导体技术迅猛发展，各种半导体产品如雨后春笋般地出现，如柔性显示器、可穿戴电子设置、LeD、太阳能电池、3D晶体管、VR技术以及存储器等领域蓬勃发展。本文针对半导制造技术的演变和主要内容的研究进行梳理简介和统计分析，了解半导体制造技术的专业技术知识，掌握该领域技术演进路线，同时提升对技术的理解和把握能力。
1半导体技术
半导体制造技术是半导体产业发展的基础，制造技术水平的高低直接影响半导体产品的性能及其发展。光刻，刻蚀，沉积，扩散，离子注入，热处理和热氧化等都是常用的半导体制造技术[2]。而光刻技术和薄膜制备技术是半导体制造技术中最常用的工艺，下面主要对以上两种技术进行简介和分析。
2光刻技术
主流的半导体制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的制造工艺。大概占成本的1/3以上。主要分为光学光刻和非光学光刻两大类。据目前所知，广义上的光刻（通过某种特定方式实现图案化的转移）最早出现在1796年，aloysSenefelder发现石头通过化学处理后可以将图像转移到纸上。1961年，光刻技术已经被用于在硅片上制造晶体管，当时的精度是5微米。现在，X射线光刻、电子束光刻等已经开始被用于的半导体制造技术，最小精度可以达到10微米。
光学投影式光刻是半导体制造中最常用的光刻技术，主要包括涂胶/前烘、曝光、显影、后烘等。非光学光刻技术主要包括极深紫外光刻（eUV）、电子束光刻（e-beamLithography）、X射线光刻（X-raylithography）。判断光刻的主要性能标准有分辨率（即可以曝光出来的最小特征尺寸）、对准（套刻精度的度量）、产量。
随着半导体行业的发展，器件的小型化（特征尺寸减小）和集成电路的密集度提高，传统的光学光刻制造技术开始步入发展瓶颈状态，其面临的关键技术问题在于如何提高分辨率。
虽然，改进传统光学光刻制造技术的方法多种，但传统的光学投影式技术已经处于发展缓慢的阶段。与传统的投影式光刻技术发展缓慢相比，下一代光刻技术比如eUV、e-beam、X-ray、纳米压印等的发展很快。各大光刻厂商纷纷致力于研制下一代光刻技术，如三星的极紫外光刻、尼康的浸润式光刻等。目前先进的光刻技术主要集中在国外，国内的下一代光刻技术和光刻设备发展相对较为滞后。
3薄膜制备技术
半导体制造工艺中，在硅片上制作的器件结构层绝大多数都是采用薄膜沉积的方法完成。薄膜的一般定义为在衬底上生长的薄固体物质，其一维尺寸（厚度）远小于另外二维的尺寸。常用的薄膜包括：Sio2，Si3n4，poli-Si，metal等。常用的薄膜沉积方法分为化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition）和物理气相沉积（physicalVaporDeposition）两种。化学气相沉积利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的沉积，如Sio2，poly-Si，Si3n4等[3]。物理气相沉积利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如al，Cu，w，ti等。沉积薄膜的主要分为三个阶段：晶核形成―聚集成束―形成连续膜。为了满足半导体工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的一下几个特性：（1）台阶覆盖能力；（2）低的膜应力；（3）高的深宽比间隙填充能力；（4）大面积薄膜厚度均匀性；（5）大面积薄膜介电＼电学＼折射率特性；（6）高纯度和高密度；（7）与衬底或下层膜有好的粘附能力。台阶覆盖能力以及高的深宽比间隙填充能力，是薄膜制备技术的关键技术问题。我们都希望薄膜在不平整衬底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易导致膜应力、电短路等问题。而高的深宽比间隙填充能力则有利于半导体器件的进一步微型化及其性能的提高。同时，低的膜应力对所沉积的薄膜而言也是非常重要的。
4结语
虽然，与不断更新换代的半导产品相比，半导体制造技术发展较为缓慢，大部分制造技术发展已经趋于成熟。但是，随着不断发展的半导体行业，必然会对半导体制造技术的提出更高的要求，以满足半导体产品的快速发展。因此，掌握和了解半导体制造技术的相关专利知识有利于推进该领域的发展。
参考文献：
[1]mostoftheclassicdevicepapersarecollectedinS.mSze，ed.，SemiconductorDevices：pioneeringpapers，worldSci.，Singapore，1991.
现代光学薄膜技术篇2
关键词金刚石；金刚石薄膜；研究现状；发展前景
中图分类号：tG174文献标识码：a文章编号：1671—7597（2013）042-002-02
1金刚石的性质与应用
1.1性质
金刚石的硬度、密度、声速、导热率和弹性模量，是我们所知道的材料中最高的，但是它的压缩率非常低，是最低的。在所有材料中，金刚石的杨氏模量也是已知材料中最大的。金刚石的动摩擦系数只为0.05，像聚氟四烯的摩擦系数那样低。在已知材料中，金刚石的摩擦系数也是最低的。在我们所知的一切材料中，金刚石表现出最高的声音传播速度。材料比较重要的性质之一是，在已知波长和温度下的情况下的折射率和光学吸收。金刚石在红外和紫外区均表现出很好的折射率和极低的光吸收系数。金刚石材料不与普通的酸性物质发生化学反应，即使在高温下仍然这样。
1.2应用
由于其超强的硬度和较低的摩擦系数，金刚石可用做刀具。由金刚石加工而最易达到机械变形的材料有a1、a1合金、Cu、Cu合金、氯化物、氟化物、多碳化物、塑料、石英、蓝宝石、naCl、SiC、ti、ZnS和ZnSe。
金刚石也可作磁盘的涂层以保护磁头在磁盘上的碰撞，由此需要表面光滑和具有一定硬度。此外，精细粒多晶金刚石膜可以用做导线模具和水喷嘴，因为多晶人造金刚石喷嘴硬度均匀且质量轻，后者对于大多数流水线切削操作至关重要。
金刚石的导热效率为20w/cm/℃，把它作为导热器是非常合适的。由于金刚石材料具有很高的导热率，所以金刚石被认为是最理想的热交换材料（热源和热散热器）在电子应用方面，金刚石已被用做电绝缘导热体。最近几年时间，高功率的激光二极管已经被安装在金刚石材料上，目的是改善二极管的使用性能和增加二极管的输出效率。较大的电子产品的集成电路多片模块经常使用金刚石厚膜为散热器，目的是增加电子的集成密度。
光学匹配是金刚石的另一个应用。金刚石的折射率为2.4，低于大多数半导体，但是比典型的介电材料要高。金刚石一般还具有比制造红外探测器所用材料较低的折射率，所以金刚石是涂层应用比较理想的材料。使用金刚石作为涂层，可以把硅太阳能电池的转换效率提高40%，而可以使Ge电池的热转换效率增加到88%。
2金刚石薄膜的研究现状
2.1研究历史
w.G.erersole和J.C.angus等人最早开始了CVD金刚石技术的实验。他们是在金刚石晶粒上得到了金刚石涂层，而且把其沉积的石墨用一种循环生长刻蚀法去掉。此后，就有许多人开展了CVD金刚石沉积法的研究，如1988年Y.Hirose等人用氧-乙炔燃烧火焰法沉积金刚石。同年，K.Kurihara用直流电弧等离子体喷射法生长了金刚石。再以上论述方法中，CVD金刚石合成法被进一步发展了。
1982年，matsumoto等人在利用化学气相沉积技术方面取得了突破。他们使用热灯丝（约2000℃）直接激活通过热灯丝的氢和碳氢气体，金刚石被沉积在距灯丝10mm处的非金刚石基片上。沉积过程中使用原子氢蚀刻石墨并能使沉积循环进行，最终得到了较高的沉积率（1mm/h）。自此，各种用于金刚石化学气相沉积的各种激活方法如直流等离子体、微波等离子体、电子回旋共振-微波等离子体化学气相沉积以及各种改进装置被研制出来。在金刚石生长中原子氢的作用被逐渐认识，金刚石生长率接近于工业化标准所能接受的程度。在20世纪80年代，低压金刚石吸引了众多科学家并掀起金刚石研究热潮。现在，直流等离子体喷注金刚石方法由于它的高沉积率而得到工业界的广泛关注。但是，直流等离子体喷注设备较为高昂。
值得一提的是碳氟化合物的热解方法。oH原子团作为石墨蚀刻甚至比原子氢还好。根据这些结果，Rudder等人预言碳氟化合物热解可以产生外延金刚石生长。用拉曼光谱证实所沉积的膜为金刚石，光谱未能检测出石墨相的存在。热解过程几乎在接近于热平衡条件下进行，但是得到的生长率偏低，只能达到约0.6mm/h。这一技术有潜在的超过化学气相沉积方法效率的能力。
2.2合成技术的新发展
2.2.1高沉积速率
在早期试验中，金刚石膜的生长速率（沉积速率）是很低的，典型值为1um/h，这是受热丝法和微波等离子体方法本身的限制，用这些制备系统不可能快于5um/h-10um/h。启用燃烧火焰法可以使生长速率提高1个量级（>40um/h）。已有报道，用等离子体喷射法可使生长速率大幅度提高（>900um/h）。但是，这些高沉积速度仅限于很小的面积生长（几个平方毫米）对于大面积和高质量金刚石膜的生长，不论使用哪种方法，其通常生长速度要低于10um/h。
2.2.2大面积沉积
这些年来，金刚石合成技术的一个重要的成果是衬底尺寸增加了很多。现在使用微波等离子体的方法，我们在15cm以上直径的衬底上，可以达到生长速度为5um/h。使用热丝阵列法，在尺寸为70cmX30cm矩形衬底上，能够达到生长速度为um/h的比较均匀的金刚石膜生长。应用平面火焰燃烧法，可以在沉积面积大于20cm2衬底上实现生长金刚石膜。
2.2.3较低的经济成本
对于不同的需求，我们使用的CVD金刚石膜，需要有所区分。工程设备费随沉积面积的增大而按比例急剧上涨，因为这要解决一系列的物理和技术问题。因此要仔细考虑投资和高产之间的关系。
CVD金刚石产品最重要的因素是消耗材料和能量。近十年来估计，一般约为总成本的15%-80%。已证实，用目前的工艺有相当高的成本，CVD金刚石膜的成本约为3美元/克拉。而高温高压合成的金刚石粉，成本约为1美元/克拉，因为它用的材料是很廉价的石墨。1994年-1997年4年时间里使输出增加了约20倍，成本减少了约33倍。而高压高温金刚石粉，从1960年-1990年，产量增长了约40倍，价格降低约20倍。
3金刚石薄膜的发展前景十分广阔
通过上文我们知道，金刚石膜有很多优良特性，集力学、电学和热学等优良性质于一身。金刚石膜可以在高科技行业，特别是电子行业中广泛使用，提高产品的性能。因此，金刚石膜被学术界普遍认为是非常有发展前景的超硬材料。我们使用金刚石薄膜能够制造高电压的高速光电开关。而且还可以制成p-n二极管、紫外线传感器、和热敏电阻等种类繁多的电子元件。不仅如此，金刚石膜是一种非常出色的高温半导体材料，将对半导体元件的飞速进步和更新换代起到很好的推动作用。金刚石薄膜材料的应用，可以使超大规模和超高速集成电路的研究和应用，步入一个崭新的发展时代。这几年，合成金刚石薄膜早已成为西方发达国家研究开发的重要新型材料。金刚石薄膜有可能作为世界下一代电子元器件使用的最重要新型材料之一。
要想使金刚石薄膜大量运用于电子元件，我们需要千方百计降低金刚石薄膜的制造工艺，以能够在比较便宜的衬底上沉积出较多的金刚石薄膜。在制造金刚石薄膜的过程中我们所遇到的最重要的难题就是在表面较小的衬底上很难形成较多的连续生长的薄膜。经过科研人员多年的研究，我们总结到，在不同衬底上气相生长单晶薄膜，比较有效的2个方法是微波CVD法和热丝CVD法。今日，金刚石薄膜为什么可以重返舞台，就是基于CVD工艺。采用气相沉积能够在一个大气压的条件下合成出金刚石薄膜，大大降低了加工成本。虽然金刚石薄膜的制造工艺到目前为止，仍然不算完备，它的面世也没有20年，不过，在21世纪初，金刚石薄膜的制造工艺已经有很大的改进，给人类特别是电子领域方面带来极大的进步。
日本一直很重视研制、开发和使用金刚石薄膜材料。今天，日本进行金刚石薄膜材料科学研究的早已超出了100家，而且已经取得了重要的进展。据公开资料显示，日本已经制造了全球第一块使用金刚石薄膜制作的性能稳定的计算机芯片。这种芯片的出现，大力推动着日本电子产品的快速发展。昭和电器公司通过化学气相沉积早已开发出的高纯度的多晶金刚石薄膜，而且把这种金刚石薄膜广泛应用于电子、医疗、光学等领域。富士通采用等离子体沉积技术合成的金刚石薄膜，可以用来制造非常好的半导体产品。用这种金刚石薄膜制成的材料能够在500℃的温度下正常运行。它的热导率和天然金刚石一样，维氏硬度则可以达到105mpa。神户钢厂制作的金刚石晶片早已开始大量生产。这种金刚石薄膜是通过等离子体化学沉积法合成的，它的电子迁移速度可以达到硅晶片的5-10倍那么快。日本一些公司采用世界先进的科学技术，研制出了能够提高屏幕透明度的金刚石薄膜。
美国政府和企业也积极参与金刚石薄膜的研究和开发工作。美国政府的很多工业部门，以及五角大楼都在关注并推动金刚石薄膜的研究和开发。美国国防部已经组织拨款370亿美元用来推动金刚石薄膜的研究与应用。加州晶体公司早就研制出了一种能够改善金刚石薄膜通电性能的方法，就是在采用化学法沉积金刚石薄膜的时候，一方面提高材料的纯度，另一方面提高蒸发温度。采用这种方法合成的金刚石薄膜，它的导电能力可以达到与单晶体一样的程度。科学家已经把导电性能非常好的金刚石薄膜使用到传感器上，这种传感器用于在高能物理中捕捉粒子踪迹。
我国对金刚石薄膜的研究起步较晚，发展较为缓慢，与国外相比，在金刚石薄膜的科学研究和应用方面都有一定的差距。金刚石薄膜领域存在的技术落差，在一定程度上制约我国航空、金属加工，以及军事等领域的科技进步，特别是限制了集成电路的发展。20年前，我国一些政府部门和专家、学者逐渐认识到金刚石薄膜研制工作的重要性。国家也把金刚石薄膜的研究和开发工作列入“863”国家重大科研课题，得到了一些技术上的突破。我国在金刚石研究的许多方面，如场电子发射和涂层刀具等领域都做了很多投入，取得了一些成果。金刚石薄膜在中国开始了工业化批量生产，为高新技术产品奠定世界先进水平的材料支持，可以为中国科技事业提供一些支持。目前中国的科技界和工业界都在努力进行金刚石薄膜的研究工作，以开拓和发展金刚石应用的新领域。人造金刚石薄膜的应用具有很大的科研和市场前景。
参考文献
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现代光学薄膜技术篇3
一太阳电池技术的发展1873年英国科学家wiloughB.Smith发现了对光敏感的硒材料，并提出在光的照射下硒导电能力的增加正比于光通量。1880年，第一片以硒为基础的太阳电池由CharlesFritts制造出；1954年，美国贝尔实验室G.pearson、D.Chapin和C.Fuller开发了第一个实用单晶硅太阳电池。第一代太阳电池以硅片为基础，其技术已经发展成熟。太阳电池的主要材料为晶体硅。目前主要研究方向为：硅基太阳电池的转换效率，目的在于采用双面电池、减小光反射来提高光电转换效率；运用吸杂技术减小半导体材料的复合效应；使电池超薄型化；降低硅片的缺陷；快速掺杂和表面处理技术；连续和快速的布线工艺；多晶硅电池表面织构化技术和薄片化；高效率电池工艺技术等。第二代太阳电池基于薄膜技术，其结构主要是在非硅材料的衬底上生长薄膜光电材料，这样就能够大大减少硅材料的消耗，并且易于形成批量自动化生产，从而降低太阳电池的成本。高转换效率的薄膜太阳电池主要通过减少非光能耗、增加光子有效利用以及减少太阳电池内阻，实现转换效率的大幅度提升。国际上已经开发出电池效率在15%以上、组件效率10%以上和系统效率8%以上、使用寿命超过25年的薄膜太阳电池工业化生产技术。新一代太阳电池的发展方向是化合物太阳电池(如铜铟镓硒等)，其具有转换效率高、成本低、弱光性好以及寿命长等优点。我国于1959年成功研制第一个具有实用价值的太阳电池，1979年开始生产单晶硅太阳电池。近年来，我国科研工作者的研究方向包括晶体硅高效太阳电池技术、非晶硅薄膜太阳电池技术、碲化镉和铜铟硒薄膜太阳电池技术、多晶硅薄膜太阳电池技术及应用系统关键技术等。二光伏行业专利技术分布随着全球光伏产业的迅速发展，用于太阳电池的活性材料及其制造工艺技术也得到迅速发展，全球专利申请量逐年稳定增长。专利申请主要集中在日本、美国、欧洲、德国、中国和韩国等国家和地区，其中以日本的专利申请量最多，占全球总申请量的64.0%，远远超出其他国家和地区所占比例；专利申请量居前列的是日本和德国企业。近年来，用于太阳电池的活性材料主要是单晶硅和多晶硅。由于多晶硅是制造单晶硅的主要原材料，因此，多晶硅的制造是关键。目前工艺成熟并用于大规模生产的工艺主要是西门子法。国内外申请人的专利申请也以多晶硅及其制造申请量居多，主要涉及西门子法和冶金法，但是国内外申请人的侧重点不同，国外在华专利申请中涉及西门子法的专利申请较多，而国内申请中涉及冶金法的专利申请较多。用于太阳电池的活性材料及其制造工艺主要集中在日本、德国、美国和韩国。在全球专利申请量中，申请量居前列的公司包括住友、夏普、三菱、西门子、松下、川崎制铁、佳能、京瓷、瓦克和德山等(注：数据来源于中国专利检索数据库，公司名称统一采用简称)。重点生产厂商都侧重于多晶硅制造技术，松下主要侧重于化合物材料制造，佳能主要侧重于多晶硅薄膜的制造。在多晶硅工艺方面，京瓷主要侧重于多晶硅后续加工，如铸锭等方面。住友在各个主要技术分支的发展较均衡，但更侧重于对西门子法的完善和改进，同时也在积极研究金属还原法。1多晶硅制备技术近年来光伏产业飞速发展，多晶硅制备技术的相关专利年平均增长率超过40%。目前世界大部分多晶硅生产厂商主要还是采用改良西门子法进行生产，这表明改良西门子法仍是目前较成熟的多晶硅制造方法。除了改良西门子法外，当前出现了很多新的多晶硅制造工艺，其中一个热点工艺是冶金法制造多晶硅。国外在华专利申请中，冶金法的专利申请量在总量中位居第二，一些主要厂商如川崎制铁、住友等也积极开发此方法。冶金级硅的纯度不如传统西门子法制造的多晶硅纯度高，使用冶金级硅制造的太阳电池衰减也较严重，其使用寿命还没有得到验证，但成本优势明显。道康宁和西日本制铁公司所正在用冶金法试生产高纯冶金多晶硅，用其制造的多晶硅太阳电池的转换效率可达15%。其中重要专利包括佳能的冶金法Cn100341780C、三菱的硅烷法Jp3864693B2及金属还原法Jp3844856B2以及日本德山公司的西门子法Cn100436315C、Cn1230379C、Cn100347083C，川崎制铁公司的冶金法Cn1092602C、Jp3205352B2、Jp1733986C，美国Hemlock公司的ep334664B1、ep1392601B1。2太阳电池技术全球太阳电池技术发展迅猛，专利申请的技术重点主要是薄膜太阳电池相关技术，同时染料敏化太阳电池相关技术也是近几年的研究热点。在专利技术申请方面，我国的技术方向与国外基本一致。技术分支较全面，主要集中在薄膜太阳电池相关技术方面。同时，在近年来备受关注的染料敏化太阳电池方面的研究也较活跃。其中北京行者公司、李毅(申请人)和南开大学的研究重点为薄膜太阳电池；彩虹集团公司、复旦大学、清华大学和中科院长春应用化学研究所在染料敏化太阳电池领域的研究较活跃；常州天合公司的研究则主要集中在晶体硅太阳电池相关技术；此外，中科院长春应用化学研究所对有机太阳电池的关注度较高。太阳电池领域全球专利申请中，日本申请人在该领域处于绝对优势地位，在申请量上已经基本处于垄断地位。夏普和三菱自1999年开始，专利申请量迅速增长，在近几年一直保持发展势头。各主要厂商分别侧重于不同技术领域，目前主要生产厂商都非常注重在薄膜太阳电池领域的技术开发，尤其是佳能、三洋和松下，基本上全部研发重心都放在薄膜太阳电池领域，夏普和三菱的发展都为全面，在晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池、染料敏化太阳电池以及有机聚合物太阳电池4个技术领域均有一定数量的专利申请，其中夏普在晶体硅太阳电池方面的实力最强，而三菱则在染料敏化太阳电池和有机聚合物太阳电池领域略强于夏普。太阳电池领域的重要专利也主要集中于日本，如佳能、三洋、夏普等公司。其中晶体硅太阳电池和薄膜太阳电池技术的专利申请起源都较早，因此基础性的专利都已经超过保护期限，重要专利均为改进型专利技术；染料敏化太阳电池是太阳电池领域中较新的一个研究分支，是目前全球专利申请的技术热点。其中重要的专利包括佳能的叠层结构US6180870B1、US6383576B1、衬底/电极Cn1096713C、US5500055a以及成膜方法/设备ep0828301B1等；夏普的衬底/电极Cn100472817C、钝化膜/抗反射ep1816683B1、染料敏化太阳电池Jp1063802B2等；三菱的叠层结构Cn100435357C；松下的叠层结构US6441301B1及染料敏化太阳电池US7256147B2。国内申请人分别具有不同的技术重点。在晶体硅太阳电池技术方面，无锡尚德的发明专利申请主要包括晶体硅太阳电池电极制绒和镀减反射膜工艺；常州天合的专利申请涵盖晶体硅太阳电池的衬底、电极的设计等；阿特斯的专利申请主要涉及太阳电池的抗反射及钝化工艺。在薄膜太阳电池技术方面，叠层结构方面专利申请较活跃的主要申请人有南开大学、北京行者以及李毅，其中南开大学和李毅在薄膜太阳电池方面的专利技术较全面，涵盖了衬底、电极以及叠层结构的设计，还有制造电池的方法和设备，北京行者的专利申请则主要集中在电池的电极和叠层结构方面。#p#分页标题#e#3硅基薄膜太阳电池技术作为光伏行业的另一重要分支，薄膜太阳电池近年来得到快速发展，目前已达到实用化的薄膜太阳电池是硅基薄膜电池、碲化镉(Cdte)薄膜电池、铜铟镓硒(CiGS)薄膜电池。其中硅基薄膜太阳电池具有更多优势，因而成为薄膜光伏市场的主流。硅基薄膜电池品种多，只需改变气相成分可制备各种硅基单结电池和叠层结构电池。材料结构上包括非晶硅、微晶硅；电池结构上包括非晶硅单结、非晶硅/非晶硅双结叠层、非晶硅/微晶硅双结叠层电池，还包括以硅为基础的各种合金材料和电池等。例如非晶硅锗叠层电池，这个组合可扩宽光波谱吸收率，提升能源转换效率，与传统的非晶硅单结太阳电池相比提升了约50%，但仍不及晶体硅太阳电池的转换效率。国内申请和国外在华申请中，薄膜太阳电池的申请量最大(分别占32.6%、35.8%)，主要申请人为佳能、三洋和松下，其基本上全部研发重心都放在薄膜太阳电池领域。国内薄膜太阳电池技术主要从材料组分控制、衬底材料及薄膜淀积生长设备等方面进行研发。4染料敏化太阳电池技术染料敏化太阳电池在中国的专利申请量从2000年以后明显增加，在国内申请和国外在华申请中所占比例分别为24.1%和19.2%，仅次于晶体硅太阳电池技术。在此技术领域中，韩国三星公司的染料敏化太阳电池方法的专利申请量远高于其他主要申请人。在该领域的专利申请中，国内申请量排名前十的申请人有彩虹集团、复旦大学、清华大学以及中科院长春应用化学研究所等。5有机半导体太阳电池技术在有机半导体太阳电池技术领域，日本、欧美国家研发时间较长。夏普和三菱在有机半导体太阳电池技术领域均有一定数量的专利申请，中科院长春应用化学研究所对有机太阳电池的关注度较高，共提交了11件相关专利申请。6光伏组件技术光伏组件技术的发展伴随着太阳电池技术的发展而持续推进，在这方面主要集中了日本、美国和德国等发达地区的专利申请，其中以日本的专利申请数量最多，而且专利申请量居前列的几乎全为日本申请人。总体来看，日本在光伏组件技术方面占据优势地位，美国、德国等地区也具有雄厚的实力。中国地区光伏组件技术方面的专利申请量近十年增长快速，然而国内专利申请的主体是实用新型，发明专利申请的数量不足，通过pCt途径提交的发明专利申请更少；另外国内专利申请的分布区域较为集中，但申请人较为分散，尤其科研机构及个人所占比例较大。在光伏组件重要技术分支的研发上，国内外申请人的侧重点不同，国外申请和国外在华申请中以互连技术和封装技术的申请量居多；而国内申请中聚光技术和封装技术的比例较多，尤其以聚光技术最多；对于封装技术，国内申请人主要集中在封装工艺方面提出申请，而在封装材料方面的申请相对较少。其中重要的专利包括佳能的互连技术Cn1227747C、封装技术US5728230a；夏普的互连技术、保护技术US5330583a；三洋的封装技术、保护技术US6552258B2、聚光技术Jp3738129B2等。(1)先进封装材料制造技术封装技术方面的专利申请侧重于制造工艺，重要专利包括将旁路二极管集成在太阳电池片内部的专利US6359210B2、在太阳电池片与背膜之间增加绝缘树脂片的专利Cn1194421C等。光伏组件对于高耐候性和高阻隔性的需求使封装材料的发展极其迅速，然而目前来看光伏组件的封装材料特别是背膜材料尚存在电气性能、阻隔性与耐候性不高的情况，这都严重影响了光伏组件的电性能与工作寿命。杜邦、普利司通等公司在封装材料制造方面占有相当优势的地位。(2)聚光光伏组件技术采用聚光技术提高照射在光伏组件表面上的太阳光能量，可提高光伏组件单位面积的光电转换效率，同时降低太阳电池片本身的材料用量，有利于产生更多电能并且降低组件成本。然而，目前聚光光伏技术存在太阳电池温度升高导致光电转换效率下降以及光伏发电系统复杂度提升的问题，这些问题成为制约聚光光伏发电发展的障碍，导致产业化的实现存在困难。聚光光伏组件技术的专利申请量较少，可在此基础上继续深入研究聚光光伏技术。该技术领域的研究重点在于解决光伏与光热综合利用，提高太阳电池转换效率的同时有效回收所产生的热量。三结论本文从专利领域对光伏技术发展现状及其发展趋势进行了分析，结合我国太阳电池技术领域的产业现状、发展目标和发展趋势，得出以下结论：(1)太阳电池技术应注重向光伏转换理论、光谱选择性机理、材料工艺特性、产品性能检测与仿真、生产装置等技术领域的发展。(2)多晶硅技术仍可持续发展，薄膜太阳电池和染料敏化电池将成为重点突破的技术领域。薄膜太阳电池领域如铜铟镓硒薄膜太阳电池作为新兴的薄膜太阳电池，具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好、光电转换效率高等显著特点，在应用上可与晶体硅电池形成良好的互补，应该加大研究开发力度。(3)西门子法多晶硅制造技术的研发重点在反应器及尾气回收利用等方面；冶金法多晶硅制造技术的研发重点在转换效率方面；化合物材料制造技术的研发重点在i-iii-Vi族化合物，如CiGS、CiS；多晶硅薄膜制造技术的研发重点是材料组分控制、衬底材料及薄膜淀积生长设备等方面；而薄膜太阳电池技术的研发重点为衬底的材料和结构、电极的材料和结构、叠层结构以及制造电池的方法和设备等方面；染料敏化太阳电池技术的研发重点为新材料、新工艺方面；有机聚合物太阳电池技术的研发重点是材料的转换效率；光伏组件的研发重点在于封装技术和聚光技术方面。
现代光学薄膜技术篇4
关键词：磁控溅射；镀膜；沉积
1.磁控溅射概述
薄膜可定义为：按照一定的需要，利用特殊的制备技术，在基体表面形成厚度为亚微米至微米级的膜层。二维伸展的薄膜由于具有特殊的成分、结构和尺寸效应因而使其获得三维材料所没有的性质，同时又很节约材料，所以非常重要。现在薄膜的应用已经扩大到各个领域，薄膜产业迅速崛起，如塑料金属化制品、建筑玻璃镀膜制品、光学薄膜、集成电路薄膜、液晶显示器、刀具硬化膜、光盘等等，都有了很大的生产规模。具体的薄膜制备方法很多，常用的有物理气相沉积（physicalVaporDepositionCVD）、化学气相沉积（ChemicalVaporDepositionCVD）、电镀等等。物理气相沉积是在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子，或离子化为离子，直接沉积到基体表面的方法，主要包括真空镀膜、溅射镀膜、离子镀膜等；化学气相沉积是把构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气相沉积作用或在基体表面上的化学反应生成要求的薄膜，主要包括常压化学气相沉积、低压化学气相沉积和兼有CVD和pVD两者特点的等离子化学气相沉积等；电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。
1.1.溅射原理
在真空室内，利用荷能粒子轰击靶材表面，通过粒子的动量传递打出靶材中的原子及其他粒子，并使其沉积在基体上形成薄膜的技术。磁控溅射可实现大面积快速沉积，几乎所有金属、化合物、介质均可做靶，镀膜致密度高，附着性好。
1.2.磁控溅射的分类
溅射技术的成膜方法很多，具有代表性的有直流（二级、三级或四级）溅射、磁控（高温低速）溅射、射频溅射、反应溅射、偏压溅射等。
2.磁控溅射方法制备薄膜的优势
溅射镀膜是物理气沉积薄膜的一种方法，它有许多独特之处：如可实现高速大面积沉积；几乎所有金属、化合物、介质均可做成靶，在不同材料衬底上得到相应材料薄膜；可以大规模连续性生产等。因此，溅射镀膜技术倍受关注，尤其是在20世纪70年代初期迅速发展起来的磁控溅射镀膜技术，在电子学、光学、磁学、机械、仪表、轻工业等行业，作为一种有力的薄膜制备手段，得到广泛应用。由于磁控溅射镀膜具有附着性好，膜质较致密，节水节电，工艺流程简便和无三废处理等优点，使得它比蒸发镀膜和水溶液电镀，具有更大的潜在优势。应用溅射技术制备薄膜材料是目前应用很广泛的一种方法。
总之，相对于其它制备薄膜的方式，溅射镀膜在许多方面显示出它的优点：
2.1.对于任何待镀材料，只要能做成靶材，就可以实现溅射；
2.2.溅射时基底不需要加热，溅射所获得的薄膜与基片结合较好；
2.3.可在较低工作气压条件下获得较高的沉积速率，溅射所获得的薄膜纯度高，
致密性好；
2.4.溅射工艺可重复性好，膜厚可控制，同时可以在大面积基片上获得厚度均匀
的薄膜。
3.磁控溅射方法在金属防腐上的应用
磁控溅射技术在高速率沉积金属、半导体和介电薄膜方面取得了巨大进步，该技术可以在较低工作压强下得到较高的沉积速率，也可以在较低的基片温度下获得高质量薄膜。因此，近年来该技术被广泛应用于各种金属和非金属的表面防腐上。
H.schafer等人[1]利用反应磁控溅射的方法在航空用al合金表面溅射涂层，以提高al合金的抗腐蚀性。他们研究发现：极化曲线显示aln镀层有很高的极化钝化电位。盐雾实验也证实了涂层的保护效果。而且随着n含量的变化，极化电位也随之改变。不同的工艺参数对盐雾实验的影响也很大。
利用射频反应磁控溅射法制得Zrno薄膜用于防腐[2]，通过改变负偏压和反应溅射气体的比例（o/n）获得具有不同性能的薄膜，结果发现不同的工艺参数对薄膜的质量影响很大，从而影响其防腐效果。
由于镁合金很容易腐蚀，Hikmet[3]等人用直流磁控溅射方法制得aln镀层用以防腐，研究发现aln涂层提高了镁合金的防腐蚀效果，并且薄膜表观质量如毛孔，针孔和缺陷对防腐蚀性能有很大影响。
非平衡磁控溅射制得的tin/ti复合镀层也是一种有效的防腐蚀涂层方法"m.Flores[4]研究了等离子体参数与改进复合涂层tin/ti防腐性能之间的关系。
现代光学薄膜技术篇5
关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用
1超硬薄膜
超硬薄膜是指维氏硬度在40Gpa以上的硬质薄膜。不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-Bn)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100Gpa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80Gpa。类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10Gpa～60Gpa的宽广范围内变动。因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫ta：C))也可归人超硬薄膜行列。近年来出现的碳氮膜(Cnx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3n4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10Gpa～50Gpa，因此也归人超硬薄膜一类。上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。SiC和Gan薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40Gpa，因此不属于超硬薄膜。
最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。此外，由纳米晶粒复合的tin／Sinx薄膜的硬度竟然高达105Gpa，创纪录地达到了金刚石的硬度。
本文将就上述几种超硬薄膜材料一一进行简略介绍，并对其工业化应用前景进行评述。
2金刚石膜
2．1金刚石膜的性质
金刚石膜从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代末形成了一个全球范围的研究热潮(Diamondfever)。这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高弹性模量之外，还具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、声学、电化学性能(见表1)和极佳的化学稳定性。大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(pCD)制品)。而采用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异物理化学性能的可能性。经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学性质方面和最高质量的iia型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。
表1金刚石膜的性质
table1propertiesofchamondfilm
CVD金刚石膜
天然金刚石
点阵常数(Å)
3.567
3.567
密度(g/cm3)
3.51
3.515
比热Cp(J/mol,(at300K))
6.195
6.195
弹性模量(Gpa)
910-1250
1220*
硬度(Gpa)
50-100
57-100*
纵波声速(m/s)
18200
摩擦系数
0.05-0.15
0.05-0.15
热膨胀系数(×10-6℃-1)
2.0
1.1***
热导率(w/cm.k)
21
22*
禁带宽度(eV)
5.45
5.45
电阻率(Ω.cm)
1012-1016
1016
饱和电子速度(×107cms-1)
2.7
2.7*
载流子迁移率(cm2/Vs)
电子
1350-1500
2200**
空隙
480
1600*
击穿场强(×105V/cm)
100
介电常数
5.6
5.5
光学吸收边(m)
0.22
折射率(10.6m)
2.34-2.42
2.42
光学透过范围
从紫外直至远红外(雷达波)
从紫外直至远红外(雷达波)
微波介电损耗(tan)
＜0.0001
注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(invar)合金相当。
2．2金刚石膜的制备方法
化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物(如甲烷)的裂解，如：
热高温、等离子体
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g)(1)
实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子氢。除甲烷外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳氢化合物，乙醇，酮，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。
常用的沉积方法有四种：(1)热丝CVD；(2)微波等离子体CVD；(3)直流电弧等离子体喷射(DCarcplasmaJet)；(4)燃烧火焰沉积。在这几种沉积方法中，改进的热丝CVD(eaCVD)设备和工艺比较简单，稳定性较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。微波等离子体CVD是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。微波等离子体CVD的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备成本较高。采用高功率微波等离子体CVD系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。直流电弧等离子体喷射(DCarcp1asmaJet)是一种金刚石膜高速沉积方法。由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子氢浓度，使其成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。特殊设计的高功率Jet可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的高速沉积。我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特色和独立知识产权的高功率DeareplasmaJet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破性进展。目前已接近国外先进水平。
2．3金刚石膜研究现状和工业化应用
20余年来，CVD金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然iia型金刚石单晶的水平(见表1)。在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。光学(主要是军事光学)应用已经接近产业化应用水平。金刚石膜场发射和真空微电子器件、声表面波器件(Saw)、抗辐射电子器件(如SoD器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质性进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显著进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。金刚石高温半导体芯片即将问世。
鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。
2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用
金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的机械强度和良好化学稳定性的异性能组合(见表1)使其成为最理想的工具和工具涂层材料。
金刚石膜工具可分为金刚石厚膜工具和金刚石薄膜涂层工具。
2．4．1金刚石厚膜工具
金刚石厚膜工具采用无衬底金刚石白支撑膜(厚度一般为0．5mm～2mm)作为原材料。目前已经上市的产品有：金刚石厚膜焊接工具、金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜砂轮修整条、高精度金刚石膜轴承支架等等。
金刚石厚膜焊接工具的制作工艺为：金刚石自支撑膜沉积激光切割真空钎焊高频焊接精整。金刚石厚膜钎焊工具的使用性能远远优于pCD，可用于各种难加工材料，包括高硅铝合金和各种有色金属及合金、复合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金属材料等的高效、精密加工。采用金刚石厚膜工具车削加工的高硅铝合金表面光洁度可达V12以上，可代替昂贵的天然金刚石刀具进行“镜面加工"。金刚石膜拉丝模芯可用于拉制各种有色金属和不锈钢丝，由于金刚石膜是准各向同性的，因此在拉丝时模孔的磨损基本上是均匀的，不像天然金刚石拉丝模芯那样模孔的形状会由于非均匀磨损(各向异性所致)而发生畸变。金刚石膜修整条则广泛用于机械制造行业，用作精密磨削砂轮的修整，代替价格昂贵的天然金刚石修整条。这些产品已经在国内外市场上出现，但目前的规模还不大。其原因是：(1)还没有为广大用户所熟悉、了解；(2)面临其它产品(主要是pCD)的竞争；(3)虽然比天然金刚石产品便宜，但成本(包括金刚石自支撑膜的制备和加工成本)仍然较高，在和pCD竞争时的优势受到一定的限制。
高热导率(≥10w／em．K)金刚石自支撑膜可作为诸如高功率激光二极管阵列、高功率微波器件、mCms(多芯片三维集成)技术的散热片(热沉)和功率半导体器件(poweriCs)的封装。在国外已有一定市场规模。
在国内，南京天地集团公司和北京人工晶体研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金刚石公司，生产和销售金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜修整条和金刚石厚膜焊接工具及其它一些金刚石膜产品。该公司大约在2000年左右渡过了盈亏平衡点，但目前的规模仍然不很大。国内其它一些单位，如北京科技大学、河北省科学院(北京科技大学的合作者)、吉林大学、核工业部九院、浙江大学、湖南大学等都具有生产金刚石厚膜工具产品的能力，其中有些单位正在国内市场上小批量销售其产品。
2．4．2金刚石薄膜涂层工具
金刚石薄膜涂层工具一般采用硬质合金工具作为衬底，金刚石膜涂层的厚度一般小于30lxm。金刚石薄膜涂层硬质合金工具的加工材料范围和金刚石厚膜工具完全相同，在切削高硅铝合金时一般均比未涂层硬质合金工具寿命提高lo～20倍左右。在切削复合材料等极难加工材料时寿命提高幅度更大。金刚石薄膜涂层工具的性能与pCD相当或略高于pCD，但制备成本比pCD低得多，且金刚石薄膜可以在几乎任意形状的工具衬底上沉积，pCD则只能制作简单形状的工具。金刚石薄膜涂层工具的另一大优点是可以大批量生产，因此成本很低，具有非常好的市场竞争能力。
金刚石薄膜涂层硬质合金工具研发的一大技术障碍是金刚石膜与硬质合金的结合力太差。这主要是由于作为硬质合金粘接剂的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金刚石在Co上形核孕育期很长，同时Co对于石墨的形成有明显的促进作用，因此金刚石是在表面上形成的石墨层上面形核和生长，导致金刚石膜和硬质合金衬底的结合力极差。在20世纪80年代和90年代无数研究者曾为此尝试了几乎一切可以想到的办法，今天，金刚石膜与硬质合金工具衬底结合力差的问题已经基本解决。尽管仍有继续提高的余地，但已经可以满足工业化应用的要求。在20世纪后期，国外出现了可以用于金刚石薄膜涂层工具大批量工业化生产的设备，一次可以沉积数百只硬质合金钻头或刀片，拉开了金刚石薄膜涂层工具产业化的序幕。一些专门从事金刚石膜涂层工具生产的公司在国外相继出现。
目前，金刚石薄膜涂层工具主要上市产品包括：金刚石膜涂层硬质合金车刀、铣刀、麻花钻头、端铣刀等等。从目前国外市场的销售情况来看，销售量最大的是端铣刀、钻头和铣刀。大量用于加工复合材料和汽车工业中广泛应用的大型石墨模具，以及其它难加工材料的加工。可转位金刚石膜涂层车刀的销售情况目前并不理想。这是因为可转位金刚石膜涂层刀片的市场主要是现代化汽车工业的数控加工中心，用于高硅铝合金活塞和轮毂等的自动化加工。这些全自动化的数控加工中心对刀具性能重复性的要求十分严格，目前的金刚石膜涂层工具暂时还不能满足要求，需要进一步解决产品检验和生产过程质量监控的技术。
目前国外金刚石膜涂层工具市场规模大约在数亿美元左右，仅仅一家只有20多人的小公司(美国Sp3公司)，去年的销售额就达2千多万美元。
国内目前尚无金刚石膜涂层产品上市。国内不少单位，如北京科技大学、上海交大、广东有色院、胜利油田东营迪孚公司、吉林大学、北京天地金刚石公司等都在进行金刚石膜涂层硬质合金工具的研发，目前已在金刚石膜的结合力方面取得实质性进展。北京科技大学采用渗硼预处理工艺(已申请专利)成功地解决了金刚石膜的结合力问题，所研制的金刚石膜涂层车刀和铣刀在加工Si-12％ai合金时寿命可稳定提高20-30倍。并已成功研发出“强电流直流扩展电弧等离子体CVD"金刚石膜涂层设备(已申请专利)。该设备将通常金刚石膜沉积设备的平面沉积方式改为立体(空间)沉积，沉积空间区域很大，可容许金刚石膜涂层工具的工业化生产。该设备可保证在工具轴向提供很大的金刚石膜均匀沉积范围，因此特别适合于麻花钻头、端铣刀之类细长且形状复杂工具的沉积。目前已经解决这类工具金刚石膜沉积技术问题，所制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头在加工碳化硅增强铝金属基复合材料时寿命提高20倍以上。目前能够制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头最小直径为lmin。目前正在和国内知名设备制造厂商(北京长城钛金公司)合作研发工业化商品设备，生产能力为每次沉积硬质合金钻头(或刀片)300只以上，预计年内可投放国内外市场。
3类金刚石膜(DLC)
类金刚石膜(DLC)是一大类在性质上和金刚石类似，具有8p2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。依据制备方法和工艺的不同，DLC的性质可以在非常大的范围内变化，既有可能非常类似于金刚石，也有可能非常类似于石墨。其硬度、弹性模量、带隙宽度、光学透过特性、电阻率等等都可以依据需要进行“剪裁”。这一特性使DLC深受研究者和应用部门的欢迎。
DLC的制备方法很多，采用射频CVD、磁控溅射、激光淀积(pLD)、离子束溅射、真空磁过滤电弧离子镀、微波等离子体CVD、eCR(电子回旋共振)CVD等等都可以制备DLC。
DLC的类型也很多，通常意义上的DLC含有大量的氢，因此也叫a：C—H。但也可制备基本上不含氢的DLC，叫做a：c。采用高能激光束烧蚀石墨靶的方法获得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和较大的带隙宽度，曾被称为“非晶金刚石”(amorphorieDiamond)膜。采用真空磁过滤电弧离子镀方法制备的DLC中sp3含量也很高，叫做ta：C(tetragonallyBondedamorphousCarbon)。
DLC具有类似于金刚石的高硬度(10Gpa-50Gpa)、低摩擦系数(0．1一0．3)、可调的带隙宽度(1_2eV～3eV)、可调的电阻率和折射率、良好光学透过性(在厚度很小的情况下)、良好的化学惰性和生物相容性。且沉积温度很低(可在室温沉积)，可在许多金刚石膜难以沉积的衬底材料(包括钢铁)上沉积。因此应用范围相当广泛。典型的应用包括：高速钢、硬质合金等工具的硬质涂层、硬磁盘保护膜、磁头保护膜、高速精密零部件耐磨减摩涂层、红外光学元器件(透镜和窗口)的抗划伤、耐磨损保护膜、Ge透镜和窗口的增透膜、眼镜和手表表壳的抗擦伤、耐磨掼保护膜、人体植入材料的保护膜等等。
DLC在技术上已经成熟，在国外已经达到半工业化水平，形成具有一定规模的产业。深圳雷地公司在DLC的产业化应用方面走在国内前列。不少单位，如北京师范大学、中科院上海冶金所、北京科技大学、清华大学、广州有色院、四川大学等都正在进行或曾经进行过DLC的研究和应用开发工作。
DLC的主要缺点是：(1)内应力很大，因此厚度受到限制，一般只能达到lum～21um以下；(2)热稳定性较差，含氢的a：C-H薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大约500℃以上就会转变为石墨。
5碳氮膜
自从Cohen等人在20世纪90年代初预言在C-n体系中可能存在硬度可能超过金刚石的β-C>3n4相以后，立即就在全球范围内掀起了一股合成β-C3n4的研究狂潮。国内外的研究者争先恐后，企图第一个合成出纯相的β-C3n4晶体或晶态薄膜。但是，经过了十余年的努力，至今并无任何人达到上述目标。在绝大多数情况下，得到的都是一种非晶态的Cnx薄膜，膜中n／C比与薄膜制备的方法和具体工艺有关。尽管没有得到Cohen等人所预测超过金刚石硬度的β-C3n4晶体，但已有的研究表明Cnx薄膜的硬度可达15Gpa-50Gpa，可与DLC相比拟。同时Cnx薄膜具有十分奇特的摩擦磨损特性。在空气中，cnx薄膜的摩擦因数为o.2-o.4，但在n2，Co2和真空中的摩擦因数为o.01-o.1。在n2气氛中的摩擦因数最小，为o．01，即使在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将摩擦因数降至0.017。因此，Cnx薄膜有望在摩擦磨损领域获得实际应用。除此之外。Cnx薄膜在光学、热学和电子学方面也可能有很好的应用前景。
采用反应磁控溅射、离子束淀积、双离子束溅射、激光束淀积(pLD)、等离子体辅助CVD和离子注人等方法都可以制备出Cnx薄膜。在绝大多数情况下，所制备薄膜都是非晶态的，n／C比最大为45％，也即Cnx总是富碳的。与C-Bn的情况类似，Cnx薄膜的制备需要离子的轰击，薄膜中存在很大的内应力，需要进一步降低薄膜内应力，提高薄膜的结合力才能获得实际应用。至于是否真正能够获得硬度超过金刚石的B-C3n4，现在还不能作任何结论。
6纳米复合膜和纳米复合多层膜
以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有可能高于每一种组成薄膜的硬度。例如，tin的硬度为2lGpa，nbn的硬度仅为14Gpa，但tin／nbn纳米复合多层膜的硬度却为5lGpa。而tiYn／Vn纳米复合多层膜的硬度竞高达78Gpa，接近了金刚石的硬度。最近，纳米晶粒复合的tin／Sinx薄膜材料的硬度达到了创记录的105Gpa，可以说完全达到了金刚石的硬度。这一令人惊异的结果曾经过同一研究组的不同研究者和不同研究组的反复重复验证，证明无误。这可能是第一次获得硬度可与金刚石相比拟的超硬薄膜材料。其意义是显而易见的。
关于为何能够获得金刚石硬度的解释并无完全令人信服的定论。有人认为在纳米多层复合膜的情况下，纳米多层膜的界面有效地阻止了位错的滑移，使裂纹难以扩展，从而引起硬度的反常升高。而在纳米晶粒复合膜的情况下则可能是在tin薄膜的纳米晶粒晶界和高度弥散分布的纳米共格Sinx粒子周围的应变场所引起的强化效应导致硬度的急剧升高。
现代光学薄膜技术篇6
[关键词]薄膜包衣；糖包衣；稳定性；增重效应
[中图分类号]R943[文献标识码]a[文章编号]1673-7210（2010）10（b）-046-02
Studyonpreparationandstabilityofarilinwithfilmcoatedtablets
SonGJianhua
(the88thpeople'sLiberationarmyHospital,taian271000,China)
[abstract]objective:toinspectthestabilityofarilinwithfilmcoatedtablets,andprovidereferenceforselectionofcoating.methods:coatedthearilintabletswithfilmcoating,andinspectedstabilityofarilinwithfilmcoatedtabletsonhighlight,hightemperatureandhighhumidityconditionsandcontrastedtosugarcoatedtablets.Results:Ratioofweightincreasingwas5%infilmcoatedtablets,itwas31%insugarcoatedtablets,theratioofweightincreasingwaslowerinfilmcoatedtablets,thestabilityoffilmcoatedtabletsonhighlight,hightemperatureandhighhumidityconditionswaspreferabletosugarcoatedtablets.Conclusion:theratioofweightincreasingwasobsoleteoffilmcoatedtablets,andhadsuperordinarystability.
[Keywords]Filmcoating;Sugarcoating;Stability;Ratioofweightincreasing
薄膜包衣技术是20世纪80年代在国外兴起的药物包被技术，近年来国内一些制药企业采用薄膜包衣包被药物[1]，取得理想效果，本文就甲硝唑薄膜包衣片剂及糖包衣片剂进行相关参数对比分析。
1仪器与试药
高效包衣机（哈尔滨纳诺医药化工设备有限公司），恒温恒湿加速器（南京精密仪器厂），CJY-300型片剂脆碎度测定仪（上海黄海药检仪器厂），甲硝唑裸片、甲硝唑糖衣片（哈尔滨第六制药厂）。
2方法与结果
2.1薄膜包衣片制备
搅拌器内加入2500ml95%乙醇溶液，加入0.75kgLe薄膜包衣剂，搅拌均匀后加入蒸馏水7500ml，搅拌45min后，7号筛过滤Le薄膜包衣溶液，备用。甲硝唑裸片300片，投入预热的包衣锅中，转速为12～15r/min，热进风温度为65～70℃，待片芯温度达到40～45℃时，喷洒包衣液，喷枪雾化压0.28～0.30mpa，待片面色泽均匀、衣层致密、厚薄均一、干燥牢固，结束包衣。
2.2崩解时限及增重效应测定
两种片剂崩解时限按《中国药典》方法测定[2]甲硝唑薄膜衣片及糖衣片的崩解时限。将裸片与两种类型包衣片分别称重，增重效应=（包衣片重-裸片重）/裸片重。
2.3稳定性检测
取甲硝唑薄膜包衣片和糖衣片适量，在恒温培养箱内放置20d，分别进行光稳定性、温度稳定性及湿度稳定性考察，考察条件光稳定性（光强度：3000Lx，温度：37℃，相对湿度：75％），温度稳定性（自然光照，温度：60℃，相对湿度：75％）、湿度稳定性（自然光照，温度：37℃，相对湿度：95％），取甲硝唑薄膜包衣片和糖衣片，按上市标准铝塑包装，放置于自然光照、温度：37℃，相对湿度：75％的电子恒温培养箱中60d，观察其加速稳定性。
2.4降低吸湿率试验
将甲硝唑薄膜包衣片和糖衣片分别装于白色塑料瓶中，内塞棉花盖紧，置于RH7596、40℃的恒温恒湿器中，10d后称重，每片放置前后的增重，即为吸湿量。降低吸湿率（％）=（包衣片吸湿重-包衣片吸湿重）/包衣片吸湿重×100%。
2.5溶出度试验
按部颁标准wS1-（x-100）-95Z标准方法进行。
2.6摩擦试验
包衣片置于上述实验包衣锅中转30r/min，观察衣层有无损坏。
2.7结果
增重实验结果显示，薄膜包衣片增重4%，糖包衣片增重32%，糖衣片增重多于薄膜包衣片。光、温度、湿度稳定性试验结果显示，薄膜包衣片在实验30d后包衣基本完整，片剂形态正常，糖衣片包衣不完整，出现溶解破损，片剂形态出现溶胀或发黏现象。稳定性加速试验显示，40℃，75%湿度，自然光照条件下暴漏30d，薄膜包衣片外观无改变，糖衣片包衣出现色泽不均匀，部分片剂出现溶胀现象。降低吸湿度试验结果显示，甲硝唑薄膜包衣片降低吸湿度为36%，糖包衣片降低吸湿度为6%，薄膜包衣片降低吸湿度性能优于糖包衣片。溶出度试验显示，甲硝唑薄膜包衣片溶出度为96%，糖包衣片溶出度为90%，薄膜包衣片高于糖包衣片。摩擦试验30min薄膜包衣片外观完整，包衣无明显损坏，糖包衣外观完整，但包衣片有破损。
3讨论
薄膜包衣的工艺是20世纪40年代开发的一种新型工艺，是指在物芯外表面包裹轻薄坚固的高分子薄膜物质。薄膜包衣时间短，干燥速度快。药物受热影响小，有利于提高药品质量[3]，且可以包制各种片型，能够防潮、避光、隔绝空气，增加药物的稳定性。薄膜包衣能够控制药物的释放部位和药物扩散释放速度，对药物的增重不明显，能够减少过多敷料对药物的不良影响。对甲硝唑两种包衣的观察发现，薄膜包衣的增重效应只有4%，而糖包衣的增重效应达到32%，薄膜包衣的增重效应远远小于薄膜包衣[4]，这样避免了药物使用时被动服用大量与服用目的不相关的辅料。在本实验中，薄膜包衣的光、热、湿度稳定性明显优于糖包衣片，糖包衣片在储存过程中更容易出现稳定性下降，更容易在环境影响下发生药品性状改变，薄膜包衣片的成膜成分中羟丙基甲纤维素和乙基纤维素属于纤维素衍生物类，它有良好的成膜性，形成的膜有适宜的强度，不易脆裂，在热、光、空气及一定的湿度下很稳定[5-6]。乙基纤维素不溶于水、甘油等，具有良好的成膜性。由于疏水性好，薄膜包衣片在稳定性及溶出度等指标上要优于糖包衣片[7-8]。由此可见，采用薄膜包衣包被片剂是适合口服剂型包被的理想方法。
[参考文献]
[1]邱涤非.推广薄膜包衣技术是与国际接轨的方向[J]．中国药业,2004,9(12):15.
[2]国家药典委员会.中华人民共和国药典[S].二部.北京:化学工业出版社,2000:附录73.
[3]江延辉.薄膜包衣技术的应用中国实用医药[J].中国实用医药,2007,24(2):124-125.
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[6]赵振宇.颗粒剥包衣材料的现状[J].天津药学,2003,15(4):59．
[7]江延辉.薄膜包衣技术的应用[J].中国实医药,2007,2(24):124.
现代光学薄膜技术篇7
面对这些挑战，Ge(通用电气)公司有着自己独到的解决方案，为电子设备生产商提供高性能、环保而美观的材料及应用。这些看似遥远的材料学，与我们生活中许多触手可及的终端电子产品其实可谓“关系匪浅”；我刊特邀请Ge塑料集团大中华消费电子总经理卢瑞明，以及Ge塑料集团特种薄膜板材亚太区产品经理周军，带领读者一窥Ge应用于消费电子领域，包括树脂、薄膜和相关复合材料等各项产品和新型技术。
领跑消费电子设计制造
消费类电子由于是我们日常生活中触手可及的物什，使得在基础的可靠性能之外，耐用、灵活与轻巧美观也成了衡量这类产品的重要指标。体现在上游的设计和制造方面，必要的绝缘与散热固然是根本，对抗腐、耐刮、防潮、防尘、耐冲击，乃至于外观配色及加工灵活性，少不得有一定的要求。
相关功能性的全球性标准是“设计与技术”保持增长的关键，而“个性化”的设计和风格则是推动具体产品销量提升的基础。对此，Ge提供多样化的高性能材料产品系列为时下流行的多种便携式电子器件设计的发展提供先进专业的解决方案，并且不断专注于如散热性能、屏蔽、外观等一些关键功能。
Ge塑料集团大中华消费电子总经理卢瑞明表示，Ge为各类细分市场提供多种解决方案，包括：移动电话、便携式电子设备、微电子产品、家庭网络和娱乐、计算机、笔记本电脑、监视器/显示器、投影仪、打印机、扫描仪、RFiD、电线和齿轮等，以及出类拔萃的美学设计。Ge精选的各类树脂和薄膜材料，带来了传统金属及喷涂材料所没有的设计灵活性。除了优异的抗冲击、耐化学腐蚀、耐水解稳定性与卓越的结合线强度外，Ge的材料技术还可提供着色选择和独特的外在感官效果，使产品更具个性化。
树脂代替金属绝缘体，设计更自由
见证了家电产品从高保真立体声接收设备，到无线保真计算机工作站的演变，Ge在特定尺寸稳定性、抗冲击和阻燃性的轻质材料颇具心得。卢瑞明向编辑着重介绍了Ge符合UL标准的Lexan和Cycoloy树脂产品系列，其具有较高的模量(纤维体积含量)、优异的延展性和阻燃量，以及Lnp品牌特种复合材料，其在刚性、热学管理、emi屏蔽、阻燃剂等方面均可与金属相媲美，又不失塑料本身可弯曲变形的优点。
图1：美国polyonicsinc.()公司采用GeUltem1000B薄膜制造的条形码标签
Ge生产的Lexan和Cycoloy树脂以及Lnp特种复合材料赋予更大的设计空间，适合应用于电池盖、手机的a件和B件及框架部件设计；因这些材料具有不同的“刚性”(一般用“弹性模数”代表)，可依需求塑形，方便内部结构、完整结构和“无框架结构”(Frameless)的设计。卢瑞明指出，Lexan树脂特别适合应用于背光框，他们具有良好的薄膜可塑性，易脱模，而且高度反光或不透光。它们还具有耐化学腐蚀的特性，即便长期使用也经得起考验。
Ge塑料集团特种薄膜板材亚太区产品经理周军，则举例说明Lexan薄膜在手机上的4个方面的应用。首先，其光学级加硬薄膜，可应用在手机显示屏上，耐刮擦性强；其次是可以用作特殊视觉效果外壳薄膜材料，例如有些Lexan薄膜可以变色，内部有闪亮的晶点或是材料边缘可以聚光，使手机外观更加绚丽；再者，有些Lexan薄膜有钢琴烤漆效果，使质感大为提高；最后是Lexan薄膜可以印刷上各种图案，做成个性化手机外壳。由于Lexan薄膜有不同的显示效果，可省去电镀、硬化、蒸镀和烤漆等一些传统的表面处理工艺，不但缩短了加工链条，且更加环保。
此外，Ge即将于近期推出一款专为亚洲市场度身定做，可适用于手机外壳和键盘、笔记本电脑外壳，以及多种手持设备的薄膜产品。这款产品的推出，预料将彻底改变现有市场上薄膜产品铅笔硬度和三维成型性不能两头兼顾的状况，为手机和笔记本电脑产业的外观设计带来突破性的飞跃。
阻燃、屏蔽emi、防潮/防尘与热管理，给予内部元件最佳保护
随着更多的手机采用内置天线，Ge的Ultem树脂有助于生产用作传导天线基座的成形塑料元件。“这些材料还具有低介质损耗和薄壁可塑性，降低了元件内应力；对于应用在通风或墙壁内的网络部件，Ultem树脂在着火后会自动熄灭”，卢瑞明给出了这样一个评语：“它符合RoHS标准，而且微细尺度的阻燃性达到ULVtmo等级，是一种出色的材料。”
很多客户都希望在条形码标签中采用高性能的不透明塑料薄膜，因为这样无需进行表面处理就可以获得令人满意的印刷反差比。为顺应客户的这一需求，Ge塑料集团与其遍布全球的客户携手合作，开发出新型白色牌号Ultem聚醚酰亚胺(pei)薄膜。白色UltemwH217薄膜经过调色处理，遮盖力非常高，可以充分保证条形码标签的正确读取。采用该薄膜后，印刷反差比可以提高到98%。UltemwH217薄膜不仅可以帮助标签制造商节省涂覆不透明外涂层的成本和时间，还具备其竞争对手pen薄膜所欠缺的阻燃性；与聚氟乙烯薄膜相比，它还具备更好的耐高温性和尺寸稳定性。Ge的Ultem薄膜是一款完全不含溴及其化合物的阻燃等级薄膜，全面符合并RoHS，是印刷电路板等电子应用方面的极佳备选材料。
卢瑞明进一步解释，Lexan树脂和Ultem聚合物制成的薄膜有助于增强显示器镜头盖的清晰度、导旋光性和耐刮擦性，与玻璃或丙烯酸相比，Lexan聚碳酸酯简化了设计。此外，Ge还提供丰富的阻燃aBS树脂，适用于态势及和服务器外科、键盘、监视器和其它外设，并针对要求符合环保标志和tC108阻燃性要求的一些应用，提供了一系列聚碳酸酯和aBS混合材料；另有一种称为Faradex的树脂，适用于有emi屏蔽的零部件。上述所有树脂都具有优异的流动性和可加工性，可实现薄壁设计和出众的结合线强度。
“保护内部元件的完整性和性能尤其重要”，薄膜板材产品经理周军补充说。对于需要电气绝缘以避免短路，Ultem聚合物制成的薄膜材料为笔记本电脑提供了耐高温型和高介电强度，亦有助于在手机内部提供电绝缘性。针对emi屏蔽应用，这种薄膜还可金属化加工，并在金属化后进行热成型，满足了多数内部应用的要求(包括LCD背光模块中使用的逆变反相器)。与此同时，在LCD变得越来越薄、工作时发热量越来越大的情况下，Ge为LCD提供了新的设计选择。周军特别提到，基于Lexan树脂，集先进的光学薄膜制造技术和光学专利技术之所长，Ge设计出了新一代光学薄膜──illuminex扩散薄膜，特别适合在LCD背光模块的内部使用。illuminex扩散薄膜在高温高湿环境中具备卓越的性能。
图2：用于显示器和照明应用的15cm2柔性有机发光二极管
Ge全球研发团队还成功开发出了用于制造柔性有机发光二极管(oLeD)的基材系统，该系统兼具Ge塑料集团开发的高温Lexan聚碳酸酯(pC)薄膜和透明、超高阻隔涂层的特点，有助于防止oLeD器件氧化和受潮。使用塑料基材取代玻璃基材制造oLeD在设计和使用方面具有许多优点：塑料基材坚固耐用且重量轻，便于运输，适合进行大批量生产，从而降低系统成本。而这种柔性特点便于设计和配置当前各种刚性显示器所望尘莫及的新型显示器。Ge系统充分利用了Lexan薄膜的耐高温性和高清晰透明性的特点，这些特点使125μm厚的基材能够承受在oLeD加工制造过程中产生的高温，并使器件具有最佳的透光性能。
胸有成竹，已做好万全准备迎接欧盟及中国RoHS环保指令
继去年欧盟宣布实施RoHS指令后，中国也将于今年3月开始实施RoHS，与国际接轨。对于中国的绿色指令，Ge是如何应对的呢？周军告诉编辑，为了应对未来更严格的环保指令的出台以及新一轮的竞争，Ge早已未雨绸缪，在现有以及新一代产品的设计和生产上运用了更严于RoHS指令的内部标准，生产出令客户满意的产品。
“就如去年我们高兴地看到欧盟RoHS的全面生效，我们也很欢迎中国RoHS指令将于近期生效执行。作为一个全球领先的薄膜材料供应商，我们一贯以生产符合RoHS和各项环保要求的产品为己任，为各类终端产品提供优质的绿色环保薄膜。这些薄膜产品的应用为国内许多电子电器产品加工厂商出口产品至世界各地，特别是欧盟国家，提供了环保方面的保障，也为中国继续拓展成为真正意义的‘世界工厂’做出自己的贡献。”
卓越的美学效果
卢瑞明还向编辑力赞以Visualfx系列为代表的Ge独特设计平台。这些平台可以轻松营造烟雾等有机散射体效果、雾金效果、可随不同视角而变换颜色的“位变异构颜料”效果、能以节能颜料获得动态磷光或荧光外观并减少流痕以增加质感，适用于Ge各种树脂技术，特别适合用来开发着重外观差异化的产品，且可消除了与喷漆过程相关的成本、排放物或额外的加工工序。一旦客户有特殊需求，还可通过Ge的3个创新中心(分别位于美国纽约、荷兰贝亨奥普佐姆和中国的上海)寻求自定义的解决方案；除了为产品和工具设计提供与颜色相关的咨询外，各中心还可以在48小时内提供配色服务。
卢瑞明表示，Ge塑料非常看好中国市场。除了在中国设立全球研发中心，为客户提供全球互联网的产品测试及配色服务外，还提供线上培训和研讨会，与中国客户进行交流，其中不乏知名厂家。作为国内领先的mp3数字音乐播放器制造商之一，魅族电子科技有限公司以其产品的精密设计、出色的音质和优异的整体质量而著称。该公司与Ge合作为新型mp3播放器赋予独特的色彩效果。Ge的Visualfx树脂不仅免去了二次喷漆加工，而且还具有传统工艺所无法取得的独特视觉效果。
对于魅族X6系列，Ge推荐采用黑白类系列中的“钢琴黑”效果。“钢琴黑”效果以Ge的Lexan力显聚碳酸酯材料为基础，具有真实的钢琴键般的黑色质感，其效果和一件上佳的漆器一样：色彩饱满、富有光泽且具有深度感。顺带一提的是，保护mp3播放器、appleipod与其他音乐播放器免受摔落、撞击或踩踏的伤害也十分重要。一些公司针对ipod研制了时尚精美的防护壳，这其中大部分产品都采用了Ge推出的Lexan聚碳酸酯。这种材料既坚固又轻便，还可以防止刮伤。
结语
现代光学薄膜技术篇8
关键词：装甲车；红外隐身技术；研究现状；发展趋势
0引言
在高科迅速应用在军事上的今天，侦查与反侦察技术和目标定位技术都达到了很高的水平。0.1m的可见光和红外图像可以通过光电卫星成像获得，而且可以在并可在全暗的条件下获得地面目标的影像，尤其是对装甲车和弹道导弹动向的检测非常准确。现在的军事作战，不被发现和察觉成为生存的前提条件，军队战斗力的提升和作战能力的挖掘都需要我们做出很大的努力。装甲车是未来军队的作战的主要装备。在高科技发展迅速的今天，装甲车是未来作战的主要军事工具。随着红外技术和隐身技术的发展，抑制被发现的技术成为研究的重点。
1装甲车辆红外隐身技术的发展
（1）超低红外线辐射面的薄膜材料
超低红外线辐射技术在薄膜材料中的隐身技术是通过变化本身的红外线发射的比率来完成的。薄膜材料研究的重点是金属颗粒与高分子材料的复合膜、半导体掺杂其他物质的薄膜、金属薄膜、塑料结合光学得到的薄膜、碳膜等。所叙述的这些薄膜的共同特点是：都达到极低发射率的可能，同时材料载流子密度都可控，载流子密度变化时就可以得到和原来不一样的发射率的薄膜材料。应用如此超低的发射比率的薄膜就能够开发出新的迷彩薄膜材料，还可以用来制作隐蔽透气的材料、具有散热功能的红外隐身薄膜等。
（2）红外隐身的涂料技术
填料和粘合剂是涂料型的红外隐身材料的两个基本组成部分，它们是影响红外隐身性能指标的重要因素。红外隐身的涂料具有吸收型涂料和转换型涂料两类，吸收型涂料是通过其自身（如使用能发生可逆光化反应的涂料或具有进行相变的镍、钒等氧化物）或工艺路线、特殊结构，使其吸附的功能在涂层的内部不停地转换或耗损，从而引发微弱的温度提升，减小了物体的辐射热量；而通过转化经过转变的涂料是吸收红外线的能量后，功能快速释放出来以至于红外辐射范围向长波方向移动的趋势。宋兴华等人把SnCl4・5H2o和SbCl3作为原材料，采用共沉淀的方法法成功研制成了颜色可调的蓝灰色、低发射率的红外半导体ato粉末，其表面涂层厚度在0.008～0.014mm时，波段发射率的平均值只有0.73。
2新型红外隐身的材料
（1）纳米材料的隐身特性
科学技术的不断更新与日新月异的发展，纳米技术的研究也进入了一个新的发展阶段，经研究证明纳米材料具有超低的红外线发射率的性能和特别优秀的吸收波能的特性，因而如此引起了科学研究人员极限大的兴趣。而在英国、德国、俄罗斯、法国等国家，纳米材料首当其冲的被作为新时代研发和探索新的隐身材料的目标。把硫化钠、醋酸镉、醋酸锌作为原始使用的纳米技术材料，用化学方式和方法匀速沉淀的方法研究和制造了纳米级的粉体染料，在0.008～0.014mm波段，红外发射率的数值随时间不规则的变化，通过对数据的点采集得出红外发射率的平均值为0.70～0.81mm。
（2）红外隐身柔性的材料
柔性制造的红外隐身材料是以植物为核心而具体研制和开发的红外线的隐身的多种多样的材料，高强度的纤维植物核心体是这种材料的基础条件和必备的需求。它具有很多优点，高强度的纤维植物核心体它可以有目的性的减少定位目标红外辐射的能量损失，又拥有良好的红外隐身的特效性能；他能随着定位目标的变化而产生弯曲变形和磨损变形，适用于陆军作战和武器装备作战；还能够承担外负载，外负载可以为伸长变形和正负作用力。德国的普世卡特自1998年就开始研制隐身网，对可见光隐身、红外波段（0.004～0.0025mm，0.003～0.005mm，0.008～0.014mm）可以生产出接近与我们所要的环境辐射目标。
（3）智能型隐身的材料
智能型的隐身材料具有感知的功能、信息处理的功能、自我的指令并能对信号做出最佳响应等功能。譬如电路模拟的隐身材料，该技术是把能导电的十字形、薄窄条网络或复杂的几何图形，涂敷在恰当的基底材料上面，或者把能导电的高分子材料埋在复合材料里面使其形成电阻网络，从而实现阻抗的匹配和损耗，进而完成模拟周围环境的红外特征工作。吕相银等人把teC附着在目标材料的表面，利用热电制冷的技术完成目标表面的辐射温度的实时控制，把目标的温度从34℃减小至26℃。
3结论
宽频段、全方位、多功能是红外隐身技术的发展目标。现代战场是多种作战手段的符合：如雷达、红外、可见光、毫米波、声波、激光等多种探测系统，因此，雷达、可见光、毫米波、激光等必须与红外隐身技术相互兼容，才可能完成现代化的作战手段。总之，在现代化高新技术不断发展的今天，军事装备技术也不断的发展和完善，军事装备必将是多种高科技手段的融合，红外技术随着时代的进步和科技的高速发展必将快速稳定的发展，在不久的将来还会有更多更新更先进的隐身技术问世。
现代光学薄膜技术篇9
关键词：磁控溅射；镀膜刀片；涂层技术；应用
1磁控溅射镀膜机理分析
磁控溅射镀膜所获得的膜层质量较好，膜基强度较高，设计性能较好，广泛应用于刀具涂层中。磁控溅射镀膜机理如下：
1.1二极直流溅射镀膜
通过离子对靶材表面进行轰击，将靶材原子击出的现象被称为溅射，通过溅射所形成的原子沉积并在基体中成膜的技术，被称之为溅射镀膜技术。二极直流溅射镀膜属于最常见的溅射镀膜，其机理为：通过气体放电形成气体电离，气体电离中正离子在电场影响下，对阴极靶材进行快速轰击，并将阴极靶材中的原子或分子击出，在被镀基体的表面成膜。二极直流溅射镀膜适用于半导体与金属靶材中，但不适用于绝缘材料，且溅射过程中阴极靶电流密度较低，成膜速度速度较慢，在低气压环境中不能进行溅射，气压较低，放电维持困难，气压较高，膜层中存在气体，会影响膜层质量。
1.2磁控溅射
磁控溅射机理与二极直流溅射机理基本是相同的，但在磁控溅射技术中，在靶的结构中安装了永久磁铁，将电场与磁场正交，并形成正交电磁场。磁场的应用，能够对电子运动方向进行改变，正交电磁场能够约束并延长电子运动轨迹，提高了气体电离率，并实现了电子能量的有效利用。其工作机理如下图：
磁控溅射机理示意图
磁控溅射机理的应用，在高密度等离子体异常辉光放电过程中，在正离子对靶材进行轰击的过程中，所轰击的靶材溅射较之二极直流溅射更加有效。电子被正交电磁场约束，在电子能量完全消耗后，会在基片上进行沉积，形成镀膜。这种磁控溅射机理充分体现了高速与低温两大特征。
2磁控溅射镀膜在刀片涂层中应用的技术要点
2.1靶的结构与靶材选择问题
在磁控溅射真空镀膜技术中，磁控溅射靶的类型与结构较多，如下图，为同轴圆柱靶与圆形平面靶：
同轴圆柱靶与圆形平面靶示意图
图中，1：水冷系统；2：阴极体；3：法兰；4：屏蔽罩；5：靶材；6：极靴；7：永磁体；8：螺母；9：密封圈；10：螺帽；11：绝缘；12：压环；13：基片；14：辅助阳极。
靶的结构除了同轴圆柱靶与圆形平面靶以外，还包括矩形平面靶、旋转式圆柱矩形靶、特殊结构靶等。靶型主要是由阴极体、屏蔽罩、靶材、永磁体、压环、基片、辅助阳极等共同组成。根据刀片涂层的用途及对膜性能的要求选择合适的靶型。
2.2合理布局靶内永久磁铁，保证膜层均匀性
靶内永久磁铁的布局直接影响着靶的溅射率，影响着膜层的均匀性。这是因为磁控溅射情况下的膜层均匀性与靶材溅射率是磁场强度存在着极大关系。为此，在进行靶内永久磁铁的设计时，需要通过合理分析，保证永久磁铁在靶内布局的合理性。在磁场强度要求下，引入导磁极靴，保证磁场强度水平分量分布均匀，从而提高膜层均匀性与溅射速率。
2.3增加镀膜稳定性及强度
选择合适的基片温度，气体压强沉积速率等磁控溅射工艺参数，提高设备构建焊缝质量，结合膜的性能要求，对溅射参数进行科学调整，能够有效提高膜与不锈钢刀片基片界面之间的附着强度。
2.4提高膜纯度
在靶材结构中设置屏蔽罩，通过屏蔽罩进行非靶材零件发射电子的截获，从而让其非靶材电子不产生辉光放电，提高膜的纯度。
3磁控溅射镀膜在不锈钢刀片涂层技术中的应用及前景
磁控溅射所获得膜层具有着质量高，可设计性强，膜基结合强度较高等较多优势，在刀具涂层中应用十分广泛。tin属于一种硬质薄膜材料，tin膜硬度在20Gpa左右，其抗机械性能与抗磨损性能较好，且与基体结合牢固性较强，多被应用于刀片涂层的底模中。在tin薄膜材料的基础上，逐渐发展处了较多的薄膜材料，膜层逐渐向多元化与复合化发展。如在tin涂层的基础上掺入al元素，形成一种新型的tiain涂层，tiain涂层具备更高的硬度，耐热温度也大幅度提高。
随着现代制造业及科学技术的不断发展，难以进行加工的材料越来越多，如何提高不锈钢刀片刃口的硬度及性能成为了研究的重点。将磁控溅射应用于提升不锈钢刀片刃口涂层中，如利用射频电源，通过反应磁控溅射技术可以获得金刚石涂层，从而提高刀片刃口硬度。然而这种涂层膜基结合牢固性不足。类金刚石涂层是当前研究与应用较多的一种超硬薄膜，具备着摩擦系数低、硬度高、耐腐蚀性能好、生物相容性优良等较多优势，在刀片刃口涂层应用中效果十分明显。类金刚石薄膜制备的技术较多，如激光束蒸发、离子束溅射、脉冲高能量密度等离子体技术、磁控溅射技术等，因磁控溅射镀膜法沉积速率较快，沉积温度较低，且薄膜均匀性较好，被广泛应用。
当前，刀片刃口涂层发展主要表现为两种趋势，第一种趋势为减少涂层摩擦系数，进行自涂层的开发；第二种趋势为提高刀片刃口硬度，进行超硬材料开发工作。磁控溅射属于一种先进实用的真空镀膜方法，在电子领域、光学领域、材料处理、刀片刃口表面处理等众多领域内获得了广泛应用。相信随着时代的发展，磁控溅射镀膜技术会在更多领域内发挥着重要作用。
4结束语
磁控溅射为一种新型的真空镀膜技术，在不锈钢刀片涂层中应用磁控溅射技术，能够有效提高刀片的硬度及整体性能。磁控溅射在微电子、光学薄膜、材料表面处理领域获得了广泛应用。在本文中，主要对磁控溅射的工作原理、磁控溅射镀膜在刀片涂层中应用的技术要点、磁控溅射镀膜在不锈钢刀片涂层技术中的应用及前景进行了探讨。相信在未来，磁控溅射技术将会在更多领域内发挥更大作用，获得更好的综合效益。
参考文献
[1]郝晓亮.磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J].电子工业专用设备，2013，（6）：57-60.
[2]马腾飞，魏宗寿，董绪伟等.绿色镀膜用磁控溅射电源的设计与实现[J].电力电子技术，2010，44（4）：66-68.
现代光学薄膜技术篇10
回顾太阳能产业的发展历程,在2000年以前可认为是“早期开发”阶段,当时虽有多家厂商投入,但因为技术开发和商业环境还不成熟,仅有少数公司能够维持。而从2000年到2005年间,是“初期获利”阶段,一些公司能够幸存并开始获利。随着能源问题的升温,现在的太阳能产业已经到了“淘金热”阶段,许多企业开始积极投入。
目前,太阳能电池主流产品仍然是晶硅太阳能电池,其研究开发的重点围绕降低能耗、降低每瓦生产成本、提高转换效率等方面,以进一步推进太阳能发电大规模商用的进程。
1.新一代多晶硅工艺技术研究空前活跃
降低成本和能耗除通过传统工艺技术升级外,还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术,主要有:改良西门子法进一步降低成本;冶金法从金属硅中提取高纯度硅;高纯度Sio2直接制取法;熔融析出法;还原或热分解工艺;无氯工艺技术,al-Si溶体低温制备太阳能级硅;熔盐电解法等。
2.继续向高效化、薄型化和大面积方向前进
a.转换效率越来越高:14%18%20%;
B.硅片的面积越来越大:从103mm×103mm125mm×125mm156mm×156mm(目前主流),未来两年将达到210mm×210mm;
C.硅片越来越薄:300μm270μm210μm180μm。100μm厚度的工艺正在研发。
3.生产设备由半自动化向自动化、智能化过渡
a.提高单机自动化水平,增加批次装片量,提高单机生产效率;
B.生产线设备间自动传送、在线检测,提高整线生产率。
未来5年的主力
为了适应太阳能电池高效率、低成本、大规模生产发展的需要,最有效的办法是不采用晶硅体材料,而直接采用薄膜材料,即开发薄膜太阳能电池。20世纪70年代开始,国际上发展了许多类型的薄膜太阳电池,例如:CuinSe(CiS)、Cdte薄膜和有机薄膜等。
薄膜太阳能电池具有安全、可折叠、方便连接、轻巧、抗热性能好、不易破损等特点。目前规模生产的薄膜非晶硅太阳能电池的转换效率已达8%左右,CiS的转换效率已达10%～11%,实验室转换效率超过20%。
目前,世界上至少有40个国家正在开展低成本、大面积、高效率的薄膜太阳能电池的实用化技术研究。随着技术的不断成熟,薄膜太阳能电池必将超过晶硅太阳能电池。
围绕降低生产成本、降低能耗,提高光电转换效率、提高能源再生比例等问题,新型太阳能电池正不断涌现。例如:量子点太阳能电池、量子阱太阳能电池、染料敏化电池、热光伏电池及有机薄膜太阳能电池等。
中国太阳能电池技术仍存发展空间
经过多年的发展,我国在太阳能电池硅材料生产、电池和组件生产、专用设备等方面取得很大进步。多晶硅提炼技术取得很大进步,单位能耗得到降低,晶硅太阳能电池制作技术已经达到国际先进水平。
国产的晶硅太阳能电池及组件生产线关键设备取得很大进步,如8英寸扩散炉、等离子刻蚀机、低温烘干炉、高温烧结炉,清洗机、层压机等相继在国内生产线上替代进口设备得到广泛应用。在973、863等高科技计划的支持下,我国在碲化镉和铜铟硒薄膜电池、敏化太阳能薄膜电池、多晶硅薄膜电池以及应用系统方面取得了很大的科研进展。
我国薄膜电池产业化步伐也在加快。无锡尚德在上海成立薄膜太阳能研发中心,预计2009年产能可达50mw;河北新奥引进全球领先水平的Sunfab薄膜太阳能电池全套自动化生产线;保定天威与设备厂商oerlikon签订购买薄膜太阳能模块生产线设备合约;南开大学正在福建泉州合作开发非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池产业化技术。
尽管我国太阳能电池技术取得了较大进展,然而与国际先进技术相比,仍有很大差距,主要体现在以下三点:
1.多晶硅提炼技术与先进水平有很大差距
多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等国家中,形成了对我国的技术封锁、市场垄断的局面。目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有:改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80%,短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。与国际先进水平的差距主要体现为能耗高、纯度低、原材料利用率低等。
2.薄膜太阳能电池产业化和应用技术有很大差距
与国外先进技术相比,我们目前存在的主要问题是:对薄膜电池技术研发投入不足,对其发展前景认识不足,缺乏自主技术创新,特别是规模生产技术。与国外相比,产业发展迟缓。目前,国外多家公司已经开始规模生产薄膜太阳能电池,而国内只有尚德、保定天威等少数企业开始产业布局。