基于單一硅材料的光變薄膜特性研究.pdf

1、根據(jù)不同的膜系設(shè)計(jì)要求，光變薄膜是通過在光學(xué)玻璃或光學(xué)器件的表面依次沉積多種不同折射率的材料而形成的。由于光變薄膜中各介質(zhì)層的膜厚滿足光干涉條件，在光源照射下會(huì)產(chǎn)生干涉效應(yīng)，所以薄膜的顏色會(huì)隨著觀察者視角的變化而改變。這種隨角異色的效應(yīng)是無法被日常所見的彩色復(fù)印機(jī)或者高精度掃描儀等復(fù)印設(shè)備所復(fù)制或拷貝，而且光變薄膜顏色鮮艷，色彩變化明顯，因此其被大規(guī)模地用于貨幣、支票、證件等產(chǎn)品的印刷防偽以及各種高檔產(chǎn)品的包裝等。傳統(tǒng)光變薄膜通常是采用

2、五層對(duì)稱結(jié)構(gòu)，涉及到三種不同的薄膜材料，基于單一硅材料構(gòu)建光學(xué)薄膜的方法是在薄膜的制備過程中只使用單一薄膜材料，通過精確控制真空室中工作氣體的含量來改變材料折射率。用這種方法鍍制多層膜成膜機(jī)制清楚，鍍膜過程比較容易控制，鍍膜重復(fù)性高。另外，使用硅作為薄膜材料，摒棄了傳統(tǒng)常使用的鎳、鉻等重金屬材料，使膜系在制備上更環(huán)保，也更節(jié)省成本。
　　正是基于使用單一硅材料構(gòu)建光學(xué)薄膜的種種突出優(yōu)點(diǎn)，本課題提出基于使用單一硅材料進(jìn)行光變薄膜的特

3、性研究。其主要內(nèi)容是通過理論上分析驗(yàn)證基于單一硅材料構(gòu)建光變薄膜的可行性，并結(jié)合光變薄膜顏色設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了不同類型光變薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用等離子體濺射沉積系統(tǒng)基于單一硅靶材濺射進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)制備和測(cè)試。本論文的研究工作主要有:
　　(1)從理論上研究了基于干涉效應(yīng)的光學(xué)薄膜顏色理論，并采用解析法對(duì)三種類型光變顏色薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分別為全介質(zhì)反射膜結(jié)構(gòu)、由非對(duì)稱硅材料和介質(zhì)層構(gòu)建反射膜結(jié)構(gòu)以及由硅和對(duì)稱F-P介質(zhì)膜系構(gòu)建的反射膜結(jié)構(gòu)，

4、并詳細(xì)分析了不同結(jié)構(gòu)膜層周期及膜層厚度對(duì)光變薄膜顏色特性的變化規(guī)律，以此來確定滿足顏色要求的最優(yōu)化光變薄膜結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的薄膜樣品的實(shí)驗(yàn)制備提供可靠的理論數(shù)據(jù)。
　　(2)采用等離子體濺射沉積系統(tǒng)，僅使用單一的高純硅靶材，通過精確控制實(shí)驗(yàn)中氧氣分量，實(shí)現(xiàn)由硅靶材反應(yīng)濺射生成SiO2單層薄膜，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光變結(jié)構(gòu)采用由非對(duì)稱Si和介質(zhì)層SiO2構(gòu)建的反射膜結(jié)構(gòu)。研究了不同的背景真空、氧氣分壓、等離子濺射束流、濺射偏壓對(duì)薄膜光學(xué)常數(shù)的影響，