新型介電薄膜,折射率接近空氣

2021-02-24 新材料在線

通過控制鋁氧化物（一種介電材料）的結構，研究人員改善了鋁氧化物的光學和力學性能。製備此種薄膜性能的關鍵是高度有序的孔，使材料的結構強度增強的同時不破壞材料的折射率。如圖所示為微米尺度觀測到的鋁氧化物結構。圖片來源:Chih-Hao Chang。

近日，北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種介電薄膜，該介電薄膜的光學和電學性質類似於空氣，以此為材料可以製備更有效穩定的電子和光子設備機械。

所謂折射率是當光子穿過一種物質時，有多少光子發生方向彎曲。空氣的折射率為1，而水的折射率為1.33——這就是為什麼當把草放進一杯水中，草似乎會彎曲的原因。

光子設備要求其組成材料之間具有高對比度，這是因為一些組件要求高折射率，一些組件要求低折射率。材料之間的對比度越高，光子設備的效率越高，光子裝置性能越好。空氣的折射率是最低的，但不具有機械穩定性。最低的折射率天然固體材料是1.39。

目前，研究人員開發出一種氧化鋁製備的薄膜，其折射率低至1.025，但機械強度不夠。

數控機械和航空航天工程教授助理Chih-Hao Chang，同時也是該研究的論文作者之一，他說：「通過調節氧化鋁介質的結構，我們改善了材料的光學和機械性能。電介質絕緣材料作為商業產品是一個巨大的消費市場。每一個手持設備上都有成百上千的電容器、介電電荷存儲和管理組件。

數控專業的博士生，同時也是該論文的主要作者Xu Zhang說:「該薄膜性能的關鍵是高度有序的孔結構，該結構使其機械強度更高，同時其折射率無影響。」

研究者首先使用納米技術在Chang的實驗室製備出高度有序的孔結構。使用多孔聚合物作為基質、多孔聚合物作為模板，再使用原子層沉積氧化鋁。當聚合物燃燒掉後，餘下三維的氧化鋁塗層。

Chang說：「我們已經可以控制氧化鋁的厚度，在兩納米之間塗敷20納米厚的塗層。利用氧化鋅材料，我們用相同的方法製備出更厚的塗層。該塗層的厚度可控，並以此設計薄膜的折射率。無論多厚的塗層，薄膜本身大約一微米厚。該過程涉及製備可伸縮、兼容現有晶片的製備技術。我們的下一步是將這些材料集成到光學和電子設備上。」

資訊來源:北卡羅萊納州立大學

新材料在線編譯整理，轉載請註明出處！

原文連結：http://www.sciencedaily.com/releases/2015/10/151012083756.htm

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