移动智能终端用蓝宝石的表面抗反射与自清洁研究

发布时间：2017-09-28 03:23

  本文关键词：移动智能终端用蓝宝石的表面抗反射与自清洁研究

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【摘要】：蓝宝石材料由于其本身固有的特性,如高硬度、抗腐蚀、抗辐射能力等优点,已成为移动智能终端窗口材料发展的必然趋势。但是由于其较低的透过率和较差的润湿性能,也限制了其应用的发展。目前主要应用的二氧化硅(SiO_2)是作为蓝宝石增透的首选材料;但是由于其与蓝宝石之间由于热膨胀系数的不同,制备时将导致其与蓝宝石之间存在较大的热失配现象,这就使得薄膜在应用时容易脱落。本文以HfO_2薄膜为中间缓冲层,制备HfO_2/SiO_2双层增透膜系统,以改善薄膜结合力较差的问题;同时在另一面制备蓝宝石亚波长结构,以改善其表面润湿性能,并提高其可见光波段的透过率。Essential Macleod的软件计算结果表明,HfO_2/Si O_2双层膜系可以用来提高蓝宝石在可见光波段的透过率且薄膜的折射率变化对蓝宝石的透过效果会有一定的影响。同时采用Rsoft CAD软件模拟计算亚波长结构的透过率,并确定亚波长结构的最佳结构参数(占位比,深度,周期)。磁控溅射制备SiO_2/HfO_2增透膜的试验表明,中间层HfO_2的加入能明显提高薄膜与基底之间的结合力,并且随着HfO_2薄膜厚度的增加薄膜的附着力先增加后减小,当增透膜SiO_2/HfO_2厚度为86/126 nm时,测得其临界载荷为7.6 mN,透过率为91.3%,较蓝宝石本身(85.7%)相对提高了6.5%。以阳极氧化铝为掩膜,并采用电感耦合等离子刻蚀(ICP)的方法刻蚀铝膜,扫描电子显微技术(SEM)的测试表明,在刻蚀气压为3 mTorr、刻蚀功率100 W、刻蚀气体(Cl2与Ar)的比值为1:1时,所获得的图形刻蚀效果较好。在此基础上,最后采用固相外延的方法,使其高温氧化转变成蓝宝石亚波长结构。可见光谱和润湿角的测试结果表明,蓝宝石双面增透结构能有效地提高蓝宝石在可见光波段的透过率,使得其透过率达到93.5%,较蓝宝石本身(85.7%)相对提高了9.1%,同时表面亚波长结构能有效地改善蓝宝石本身的润湿性能,(润湿角由60.9°提高至125.4°),进而在移动智能终端触摸屏领域有较好的应用优势。
【关键词】：蓝宝石 亚波长结构 增透膜 亲水性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ164;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 蓝宝石改性的研究现状10-15
• 1.2.1 增透膜系研究现状10-12
• 1.2.2 亚波长结构研究现状12-14
• 1.2.3 蓝宝石表面润湿性能的研究14-15
• 1.3 抗反射结构的制备方法15-19
• 1.3.1 增透薄膜的制备方法15-17
• 1.3.2 亚波长微纳结构的制备方法17-19
• 1.4 掩膜的选择19-21
• 1.4.1 光刻胶掩膜19-20
• 1.4.2 金属岛状颗粒掩膜20-21
• 1.4.3 AAO掩膜21
• 1.5 本文研究的主要内容21-23
• 第2章 蓝宝石抗反射结构的制备及表征方法23-29
• 2.1 引言23
• 2.2 抗反射结构的设计23-24
• 2.2.1 Essential Macleod软件的介绍23-24
• 2.2.2 Rsoft软件基本功能的介绍24
• 2.3 抗反射结构的制备24-26
• 2.3.1 SiO_2/ HfO_2增透膜系的制备方法24-25
• 2.3.2 亚波长结构的制备方法25-26
• 2.4 抗反射结构的测试分析方法26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 增透膜系的制备及性能29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 SiO_2/ HfO_2膜层厚度的优化29-31
• 3.2.1 HfO_2薄膜厚度变化对蓝宝石透过率的影响30
• 3.2.2 材料结构偏差对增透膜增透性能的影响30-31
• 3.3 增透膜系的制备31-33
• 3.3.1 溅射工艺参数31-32
• 3.3.2 沉积速率的测定32-33
• 3.4 退火处理对薄膜结晶性以及成分的影响33-35
• 3.4.1 退火处理对薄膜结晶性的影响33
• 3.4.2 退火处理对薄膜成分的影响33-35
• 3.5 中间层厚度变化对增透膜性能的影响35-39
• 3.5.1 中间层厚度变化对透光率的影响35-36
• 3.5.2 中间层厚度变化对薄膜间结合力的影响36-38
• 3.5.3 中间层厚度变化对薄膜结晶性的影响38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 蓝宝石表面亚波长结构的制备性能研究40-58
• 4.1 引言40
• 4.2 亚波长结构的模拟40-43
• 4.2.1 亚波长最佳结构参数的模拟40-43
• 4.2.2 亚波长结构参数改变对透过率的影响43
• 4.3 AAO掩膜的制备43-45
• 4.4 刻蚀工艺研究45-52
• 4.4.1 刻蚀气体的选择45-46
• 4.4.2 刻蚀功率对刻蚀效果的影响46-48
• 4.4.3 气体组分对刻蚀效果的影响48-50
• 4.4.4 刻蚀气压对刻蚀效果的影响50-52
• 4.5 固相外延52-55
• 4.5.1 亚波长图形的结构和形貌52-55
• 4.6 亚波长结构的性能55-57
• 4.6.1 亚波长结构对蓝宝石透过率的影响55
• 4.6.2 亚波长结构对蓝宝石润湿性的影响55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：933548