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功能薄膜材料的种类以及用途

点击次数:3238    发布日期:2015-08-03   本文链接://www.kemesee.com//www.kemesee.com/news/501.html

透明导电薄膜
      在自然界中一般是透明的物体不导电(如玻璃,水晶,水等),导电的物体却又不具备透明特性(如石墨,金属)。然而随着科学技术的需要,在很多情况下要求物体兼具透明与具导电性,从而透明导电薄膜应运而生。通常应用在液晶显示器,平板显示器,光伏电池中的电极等。透明导电薄膜特性:在可见光波长范围内的透光率为80%以上(380-760 nm),电阻率低(<1×10-3 Ω ·cm),称为透明导电薄膜。透明导电膜一般包括金属薄膜和氧化物半导体薄膜。对于金属薄膜而言,当金属薄膜的厚度小于100 A,理论上可以成为透明导电膜,但此时薄膜厚度过小,状态为不连续的岛,导致其电导率下降。况且岛状结构使光发生散射,光透过率降低。氧化物半导体薄膜(Transparent ConductiveOxide),一般为金属氧化物,常见为Sn、In、Zn、Cd等氧化物,也包括其复合多元氧化物,他们共同特点为具有大的禁带宽度、在可见光范围内光透射率高、低电阻率等特性。当前,SnO2、In2O3和ZnO基三大体系的透明导电薄膜应用*为广泛,特别是以SnO2:F(FTO),In2O3:Sn(ITO)以及ZnO:A1(ZAO)*具实用代表性,禁带宽,电阻率低,透过率高(可见光范围内)等电学光学特性。*近几年,掺Al的ZnO 薄膜(简称AZO)被认为是*有发展潜力的材料之一,原材料丰富,也具备价格优势。

铁电薄膜
      铁电体:具有自发极化强度,并且自发极化强度可以被外电场重新定向。铁电薄膜通常拥有较高的介电常数(主要来自于电畴的贡献)、具有压电特性(正负电荷中心不重合)、热释电性(自发极化随温度的变化)、铁电性(自发极化被外电场重新定向)、电光特性、声光与光折变效应、非线性光学等效应。铁电基的薄膜材料在红外探测器、大容量电容器、压电滤波器和换能器、储存器、以及电光器件方面有着广泛应用。在上世纪70年代,通过真空技术成功制备出含铅系列化薄膜。但是由于铁电薄膜的综合性能较差,并且与TTL或CMOS电路不兼容,因此妨碍了铁电薄膜研制和应用的发展。铁电薄膜的制备技术在上世纪80年代中期获得突破性进展,特别是可以在较低温度下外延高质量的铁电薄膜、某一晶面高度取向的薄膜,实现与半导体工艺兼容。科研工作者也从未停止探索铁电薄膜在微电、光电、光伏、以及其他领域中的应用,制备与表征技术的进步也反过来促进了材料的实际应用,并提出许多概念设想。利用铁电薄膜的铁电性,主要可能应用于铁电随机存取存储,激光存储,神经网络与智能记录卡等元器件。使用铁电薄膜做成存储器,在低于居里温度区间(Tc: 铁电相向顺电相转变),依靠铁电体的自发极化随外电场重新定向,
形成电滞回线(Polarization-electric field loops)。当电场退为零时,铁电体具有两个极化状态(剩余极化:+Pr,-Pr),两种状态分别与“0”和“1”相对应,由此记忆1bit信息。当撤去外加电场后,铁电体仍然存在剩余极化,从而保存所处的状态,实现存储非挥发性。

磁性薄膜
      磁性材料的研究已经有近百年的历史,但是磁性材料薄膜化也是在近年吸引科研工作者的目光。磁性薄膜主要应用在信息记录、处理、存储传递。铁磁体与铁电体的特征类似,而且铁电的性质借鉴于铁磁。存在磁滞回线,居里温度,磁晶各向异性,磁致伸缩和退磁化现象。铁磁体内存在按磁畴分布的自发磁化,自发磁化就是铁磁体内部原子磁矩有序取向排列的现象,自发磁化的微区域称为磁畴。铁磁体的磁化率很大,χf的值在10-106量级范围内,但是需要的外加磁化磁场却很小。铁磁体的磁化强度与磁化磁场强度之间具有滞后现象,显示剩余磁化强度。在磁化过程中,表现出磁晶各向异性和磁致伸缩现象。描述磁学物理特性,有饱和磁化强度Ms、居里温度TC、矫顽力Hc,剩余磁化强度Mr、磁导率μ等参量,而且磁性能与材料的原子、结构密切相关。磁性氧化物薄膜主要分为:简单氧化物(NiO,CoO,Fe2O3),铁氧体(尖晶石型铁氧体、石榴石型铁氧体和磁铅石型铁氧体),钙钛矿类(ABO3结构,含Ni,Co,Mn等)。
功能薄膜的种类繁多,性能和用途各异。应根据实际环境和物理化学特性,针对性地选择合适的薄膜材料。例如介电、超导、导电、高阻、忆阻、铁电、压电、热释电、电卡、静电存储、光电特性,增透特性,耐氧化特性,巨磁阻特性,气体敏感特性,热电等特性;这些种类的薄膜具有潜在的应用价值,也是功能薄膜中研究的热点,吸引了众多科研工作者的兴趣。


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