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功能薄膜材料的種類以及用途

點擊次數:3054    發布日期:2015-08-03   本文鏈接:http://www.miribilla.net/news/501.html

透明導電薄膜
      在自然界中一般是透明的物體不導電(如玻璃,水晶,水等),導電的物體卻又不具備透明特性(如石墨,金屬)。然而隨著科學技術的需要,在很多情況下要求物體兼具透明與具導電性,從而透明導電薄膜應運而生。通常應用在液晶顯示器,平板顯示器,光伏電池中的電極等。透明導電薄膜特性:在可見光波長范圍內的透光率為80%以上(380-760 nm),電阻率低(<1×10-3 Ω ·cm),稱為透明導電薄膜。透明導電膜一般包括金屬薄膜和氧化物半導體薄膜。對于金屬薄膜而言,當金屬薄膜的厚度小于100 A,理論上可以成為透明導電膜,但此時薄膜厚度過小,狀態為不連續的島,導致其電導率下降。況且島狀結構使光發生散射,光透過率降低。氧化物半導體薄膜(Transparent ConductiveOxide),一般為金屬氧化物,常見為Sn、In、Zn、Cd等氧化物,也包括其復合多元氧化物,他們共同特點為具有大的禁帶寬度、在可見光范圍內光透射率高、低電阻率等特性。當前,SnO2、In2O3和ZnO基三大體系的透明導電薄膜應用*為廣泛,特別是以SnO2:F(FTO),In2O3:Sn(ITO)以及ZnO:A1(ZAO)*具實用代表性,禁帶寬,電阻率低,透過率高(可見光范圍內)等電學光學特性。*近幾年,摻Al的ZnO 薄膜(簡稱AZO)被認為是*有發展潛力的材料之一,原材料豐富,也具備價格優勢。

鐵電薄膜
      鐵電體:具有自發極化強度,并且自發極化強度可以被外電場重新定向。鐵電薄膜通常擁有較高的介電常數(主要來自于電疇的貢獻)、具有壓電特性(正負電荷中心不重合)、熱釋電性(自發極化隨溫度的變化)、鐵電性(自發極化被外電場重新定向)、電光特性、聲光與光折變效應、非線性光學等效應。鐵電基的薄膜材料在紅外探測器、大容量電容器、壓電濾波器和換能器、儲存器、以及電光器件方面有著廣泛應用。在上世紀70年代,通過真空技術成功制備出含鉛系列化薄膜。但是由于鐵電薄膜的綜合性能較差,并且與TTL或CMOS電路不兼容,因此妨礙了鐵電薄膜研制和應用的發展。鐵電薄膜的制備技術在上世紀80年代中期獲得突破性進展,特別是可以在較低溫度下外延高質量的鐵電薄膜、某一晶面高度取向的薄膜,實現與半導體工藝兼容??蒲泄ぷ髡咭矎奈赐V固剿麒F電薄膜在微電、光電、光伏、以及其他領域中的應用,制備與表征技術的進步也反過來促進了材料的實際應用,并提出許多概念設想。利用鐵電薄膜的鐵電性,主要可能應用于鐵電隨機存取存儲,激光存儲,神經網絡與智能記錄卡等元器件。使用鐵電薄膜做成存儲器,在低于居里溫度區間(Tc: 鐵電相向順電相轉變),依靠鐵電體的自發極化隨外電場重新定向,
形成電滯回線(Polarization-electric field loops)。當電場退為零時,鐵電體具有兩個極化狀態(剩余極化:+Pr,-Pr),兩種狀態分別與“0”和“1”相對應,由此記憶1bit信息。當撤去外加電場后,鐵電體仍然存在剩余極化,從而保存所處的狀態,實現存儲非揮發性。

磁性薄膜
      磁性材料的研究已經有近百年的歷史,但是磁性材料薄膜化也是在近年吸引科研工作者的目光。磁性薄膜主要應用在信息記錄、處理、存儲傳遞。鐵磁體與鐵電體的特征類似,而且鐵電的性質借鑒于鐵磁。存在磁滯回線,居里溫度,磁晶各向異性,磁致伸縮和退磁化現象。鐵磁體內存在按磁疇分布的自發磁化,自發磁化就是鐵磁體內部原子磁矩有序取向排列的現象,自發磁化的微區域稱為磁疇。鐵磁體的磁化率很大,χf的值在10-106量級范圍內,但是需要的外加磁化磁場卻很小。鐵磁體的磁化強度與磁化磁場強度之間具有滯后現象,顯示剩余磁化強度。在磁化過程中,表現出磁晶各向異性和磁致伸縮現象。描述磁學物理特性,有飽和磁化強度Ms、居里溫度TC、矯頑力Hc,剩余磁化強度Mr、磁導率μ等參量,而且磁性能與材料的原子、結構密切相關。磁性氧化物薄膜主要分為:簡單氧化物(NiO,CoO,Fe2O3),鐵氧體(尖晶石型鐵氧體、石榴石型鐵氧體和磁鉛石型鐵氧體),鈣鈦礦類(ABO3結構,含Ni,Co,Mn等)。
功能薄膜的種類繁多,性能和用途各異。應根據實際環境和物理化學特性,針對性地選擇合適的薄膜材料。例如介電、超導、導電、高阻、憶阻、鐵電、壓電、熱釋電、電卡、靜電存儲、光電特性,增透特性,耐氧化特性,巨磁阻特性,氣體敏感特性,熱電等特性;這些種類的薄膜具有潛在的應用價值,也是功能薄膜中研究的熱點,吸引了眾多科研工作者的興趣。


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