1、金屬反射膜材料簡(jiǎn)介李秉璋1王正和21工業(yè)材料研究所研究員2工業(yè)材料研究所副研究員一、前言WhenGodbegancreatingtheheavenstheearththeearthwasatfirstashapelesschaoticmasswiththeSpiritofGodbroodingoverthedarkvaps.ThenGodsaid“Lettherebelight.”.lightappeared.Godwaspleased

2、withitdividedthelightfromthedarkness.從舊約圣經(jīng)的記載“光”起源于混沌之初。由于大氣中的水分子把太空中的X光(短波長(zhǎng))與微波(長(zhǎng)波長(zhǎng))吸收只讓特定頻譜范圍的光線(太陽(yáng)光)照射到地球表面因此孕育了地球上億萬(wàn)個(gè)依賴太陽(yáng)能量的物種?！肮狻笔鞘裁垂饩哂胁▌?dòng)(電磁波)及粒子(俗稱光子photon)兩種特性例如短波長(zhǎng)的X光會(huì)被電子散射的現(xiàn)象必須以粒子理論來(lái)解釋。當(dāng)把光當(dāng)成電磁波的時(shí)候可以用三個(gè)物理量來(lái)描述它的性質(zhì)

3、這三個(gè)物理量分別是波向量(k)、電場(chǎng)(E)及磁場(chǎng)(B)。圖一簡(jiǎn)單地把三者之間的關(guān)系以三個(gè)互相垂直的向量來(lái)表示并且以電磁正弦振蕩(sinusoidaloscillation)的波長(zhǎng)(wavelength)來(lái)表示光的能量。圖二以對(duì)數(shù)指針列出各種不同波長(zhǎng)(或頻率)的電磁波其中波長(zhǎng)在4x105到8x105公分(400~800nm)之間的電磁波稱為可見(jiàn)光。隨著半導(dǎo)體科技的突飛猛進(jìn)光電工業(yè)開(kāi)發(fā)了大量的消費(fèi)產(chǎn)品進(jìn)入了我們每一個(gè)人的生活。表一把光電產(chǎn)品

4、依據(jù)照明、電子裝置及雷射等分類(lèi)分別介紹各種光電技術(shù)及組件。各種光電組件除了充份運(yùn)用各種半導(dǎo)體材料的光特性之外金屬反射膜也扮演相當(dāng)重要的地位。另外金屬膜在傳統(tǒng)光學(xué)組件中也是不可或缺的角色。利用金屬的反射、半反射、分光、濾光等特性設(shè)計(jì)出不同的半反射鏡、光線分割棱鏡與中性光密濾光片等光學(xué)組件。在此非導(dǎo)體介質(zhì)中的光速可以用下列的公式來(lái)表示V=CnV:光在介質(zhì)中的速度C:光在真空中的速度n:介質(zhì)的折射系數(shù)(refractiveindex)光在介質(zhì)

5、中除了光速改變之外其電場(chǎng)的振幅也會(huì)隨穿透距離而依e2k’x遞減其中k’為吸收系數(shù)(coefficientofabsption)而x為穿透距離。導(dǎo)體材料中的外殼層電子(自由電子)并沒(méi)有被原子核束縛當(dāng)被光波照射時(shí)光波的電場(chǎng)使自由電子吸收了光的能量而產(chǎn)生與光相同頻率的振蕩此振蕩又放出與原來(lái)光線相同頻率的光稱為光的反射。如圖四所示這種電子的振蕩隨著深度的增加而減小使電子振蕩的振幅(amplitude)減小到原來(lái)1e時(shí)(e為自然對(duì)數(shù))的深度稱為穿

6、透深度(skindepthδ)此穿透深度決定了材料是透明還是反射通常大部份金屬的穿透深度只有幾十或百奈米(nanometernm)。穿透深度與材料的基本性質(zhì)的關(guān)系如下:δ=√(λπcμσ)λ:真空中光的波長(zhǎng)速c:光速μ導(dǎo)磁系數(shù)σ:靜導(dǎo)電系數(shù)(staticconductivity)由上述公式可以了解光線的波長(zhǎng)愈長(zhǎng)愈容易穿透金屬這就是為什么波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線比短波長(zhǎng)的紫外光更容易穿透金屬。另外值的注意的是金屬的導(dǎo)電系數(shù)愈高穿透深度愈淺反射率(