Ag厚度對(duì)其反射率影響的探究

1、Ag厚度對(duì)其反射率影響的探究本文從網(wǎng)絡(luò)收集而來，上傳到平臺(tái)為了幫到更多的人，如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載本文檔（有償下載），另外祝您生活愉快，工作順利，萬事如意！引言在金屬中，由于金屬內(nèi)有自由電子，自由電子并沒有被原子核束縛，當(dāng)光傳播至金屬表面時(shí)，在其電場作用下自由電子會(huì)做受迫振動(dòng)，然后產(chǎn)生與入射光相同頻率的振蕩，此振蕩又放出與原來光線相同頻率的光，這就是金屬膜反射的原理。金屬薄膜作為反射鏡應(yīng)用越來廣泛。一些小組也理論研究了金屬厚度對(duì)其反射率的影響。深圳大學(xué)的范平等運(yùn)用玻耳茲曼方程研究金屬薄膜中的電子輸運(yùn)，考慮了來自表面和晶粒間界的散射，得出電導(dǎo)率隨金屬薄膜厚度的變化。上海交大的林

2、育瓊在此基礎(chǔ)上提出了電子平均自由程模型，修正了電導(dǎo)率隨厚度變化公式。當(dāng)金屬薄膜厚度小于薄膜中自由電子平均自由程時(shí)，其平均自由程隨著膜厚的增大而增大，此時(shí)薄膜越厚，反射率越高當(dāng)膜厚大于或者等于塊狀材料中的電子平均自由程時(shí)，薄膜中的電子平均自由程與塊狀材料相同，此時(shí)薄膜已相當(dāng)于塊狀材料，隨著膜厚的變化，其反射率基本保持不變。Ag在可見光范圍內(nèi)是最好的反射金屬膜。然而，實(shí)驗(yàn)測量發(fā)現(xiàn)，Ag的反射率并不是保持不變的。以前的研究沒有考慮Ag表面粗糙度的對(duì)反射率的影響，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算不相符。文章根據(jù)Ag厚度對(duì)其表面粗糙度的影響，結(jié)合已有理論體系，進(jìn)而得到一個(gè)Ag厚度對(duì)其反射率影響的修正公式。1 實(shí)驗(yàn)

3、我們利用磁控濺射設(shè)備以44nm/min的速率在石英片上長60，120，160，200，240，1200nm六種不同厚度的Ag,然后用Cary5000紫外-可見-近紅外光度計(jì)測量其反射率變化。為了分析Ag反射率隨厚度變化規(guī)律，利用AFM和SEM分別觀察Ag表面粗糙度和形貌。2 結(jié)果與分析Ag厚度對(duì)反射率的影響利用Cary5000紫外-可見-近紅外光度計(jì)測量不同厚度Ag膜反射率的變化情況。測量結(jié)果所示，當(dāng)Ag厚度在130nm以下時(shí)，隨著Ag的厚度增加，Ag的反射率也急劇增加。然而當(dāng)Ag的厚度超過130nm時(shí)，隨著Ag的厚度繼續(xù)增加，其反射率并不是不變，而是減小了。Ag厚度對(duì)其透射率的影響我們知道影

4、響Ag的反射率主要有兩個(gè)因素：第一是透射的影響，第二是散射的影響。為了進(jìn)一步分析厚度影響Ag反射率的機(jī)制，我們利用Cary5000紫外-可見-近紅外光度計(jì)測量厚度為60nm和120nm的Ag在400600nm波段的透射率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)60nm厚的Ag在400nm處的透射率高達(dá)6%，而120nm厚Ag的透射率幾乎為零。這也就解釋了，當(dāng)Ag厚度低于130nm時(shí)，Ag反射率隨厚度增加而增加的原因，這是透射率下降導(dǎo)致的。然而，當(dāng)Ag厚度超過120nm時(shí)，透射就不再是影響反射率的因素了。Ag厚度對(duì)其表面形貌的影響我們利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察厚度為60nm、130nm，240nm厚Ag的表面形

5、貌(5萬倍)。如圖3所示，(a)(b)(c)分別是厚度為60、130、240nmAg的表面形貌，我們發(fā)現(xiàn)隨著Ag厚度的增加，Ag表面顆粒大小逐漸增大。這也表面厚度的增加使得Ag膜的表面粗糙度增加。為了進(jìn)一步定量分析表面粗糙度對(duì)Ag反射率的影響，我們利用原子力顯微鏡(AFM)測量不同厚度Ag的RMS(粗糙度)。如圖4所示，隨著Ag厚度的增加，Ag的RMS也逐漸增加。然而粗糙度的增加將直接導(dǎo)致散射增加。當(dāng)Ag的厚度達(dá)到800nm時(shí)，它的表面粗糙度可達(dá)12nm。根據(jù)KarlH.Guenther的理論，散射對(duì)反射率的損失與粗糙度存在式(1)關(guān)系：其中8是表面粗糙度，入是入射光波長。根據(jù)式(1)計(jì)算，隨

6、著表面粗糙度的增加，散射損耗也會(huì)隨之增加。當(dāng)表面粗糙度為6nm時(shí)，散射損耗會(huì)超過2%。這充分說明Ag層的表面粗糙度的增加將導(dǎo)致其對(duì)入射光的散射增加，而這也使得其反射率減小。修正公式我們根據(jù)AFM測量曲線擬合出Ag表面粗糙度隨厚度的變化關(guān)系：8=+(2)將式(2)代入式(1)就可計(jì)算出Ag厚度變化對(duì)其散射損耗的影響。在文章中我們考慮表面散射的因素對(duì)Ag反射率的影響，提出了一個(gè)修正反射率隨厚度變化公式：R實(shí)際=R理論(1-刀)(3)根據(jù)式(3)計(jì)算出Ag實(shí)際的反射率隨其厚度的變化關(guān)系，如圖6所示，我們發(fā)現(xiàn)考慮了表面散射造成的影響，Ag的反射率計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果基本吻合。因此，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ag的厚度為130nm時(shí),其反射率達(dá)到最高。3結(jié)束語為了研究Ag膜厚度對(duì)其反射率的影響，我們利用磁控濺射設(shè)備在石英片上生長了不同厚度Ag膜樣品，測量了樣品反射率、透射率、AFM、SEM。結(jié)果表明Ag的厚度高于130nm時(shí)，其表面粗糙度的增加將使得其反射率下降。提出的修正公