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1、第七章第七章 光电子材料光电子材料p在光电子技术领域应用的，以光子、电子为载体，处理、存储和传递信息的材料。p光电子技术是结合光学和电子学技术而发展起来的一门新技术，主要应用于信息领域，也用于能源和国防领域。p已使用的光电子材料主要分为光学功能材料、激光材料、发光材料、光电信息传输材料（主要是光导纤维）、光电存储材料、光电转换材料、光电显示材料（如电致发光材料和液晶显示材料）和光电集成材料。p本章主要从光信息领域分类的角度，介绍固体激光材料、半导体发光材料、光导纤维材料和透明导电材料，17.1 固体激光材料固体激光材料p激光的特点及发光原理p激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在
2、微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点单色性好：谱线宽度越窄(即波长范围越小)，光的单色性就越好。因为激光是在特定能级之间实现粒子数反转后产生的受激辐射，又经过谐振腔的选频作用，使其输出光的谱线宽度很小，即具有很好的单色性。利用激光的单色性好，谱线分辨率高，可用来研究物质的能级和光谱的精细结构，制成一年内误差不超过一微秒的标准钟。27.1 固体激光材料固体激光材料p激光的特点及发光原理p激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点方向性好：通常用光的发散角来描述其方向性，发散角越小，方向性越好。普通光源中最好的探照灯，其发散
3、角为0.1rad(弧度)。如果把它照射到离地球40万公里的月球上(这实际是不可能的)，其光斑直径有几万公里。在激光器中，由于受激原子发光的方向与外来光相同，再加上谐振腔只允许沿轴线传播的光得到放大，使输出激光的方向性很好，发散角可达10 rad，把它照射到月球上，光斑直径不到2km。利用激光的方向性好，可用于测距、定位、导航等。37.1 固体激光材料固体激光材料p激光的特点及发光原理p激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点相干性：时间相干性和空间相干性都很好所谓相干性是指两束光能够发生干涉，形成稳定的明暗相间干涉图像的特性。由于受
4、激辐射原子发出的光在频率、位相、振动方向等方面都同外来光子一样，使激光具有很好的相干性比较接近于理想的、完全相干的电磁波。一般单色光源发出光的相干长度不超过，但激光的相干长度可达几十公里。这里的相干长度是指把一束光分成两束，让它们经过不同的路程，能够产生干涉的最大光程差。利用激光的相干性好，可以进行全息摄影，进行精密测量。47.1 固体激光材料固体激光材料p激光的特点及发光原理p激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。特点高亮度：由于激光器可以做到断续发光，使其能量积累到一定程度再突发出来，因而具有很高的功率，最大可达10 W，再加上激
5、光的方向性好，使其亮度极高，比太阳的亮度还高出上千亿倍，只有氢弹爆炸瞬间的强烈闪光才能与之相比。利用激光的高亮度，可以在局部范围产生10万度以上的高温，进行打孔、焊接、手术以及可控热核反应等等。57.1 固体激光材料固体激光材料p激光的特点及发光原理发光机制受激辐射普通光源的发光机制主要是自发辐射，而从激光器中射出的激光却主要由受激辐射产生。当频率为f的光子作用在具有相相同 能级的原子系统时，将发生两个不同作用：一是当光子与已处于高能级的激发原子作用时，会产生受激辐射，光子增殖；二是当光子与低能级原子作用时，低能级原子被激发到高能级，入射光子被吸收，光子数减少。因此，当光子射人原子系统时，系统
6、使光子增殖还是减少，完全取决子该原子系统中处于高能态与低能态原子的比率。为了使受激辐射成为主导，必须使高能级粒子数超过低能级粒子数，即所谓要求实现“粒子数反转”。激光材料（激光工作物质）实质上就是具有适当的能级结构，可实现粒子数反转（通过对其激励，使粒子从低能级跃迁至高能级，通常称为“光泵”）的工作物质。67.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体根据晶体的组成和激光激发过程中所起的作用，材料结构可分为两个部分组成晶格的主组分称为基质晶体，其作用主要是为激活离子提供一个适当的晶格场。另一部分是发光中心，实际上是少量掺杂离子，称为激活离子。激光的波长主要取决于激活离子的内部能级结构。激光器主要由
7、工作物质(基质和激活离子)、激发源(泵浦)和共振腔组成。工作物质就是指借助外来能源激励实现粒子数反转(即：使其处于高能级的粒子数多于处于低能级的粒子数，是产生激光的关键)并产生受激辐射放大作用的物质系统，这个物质系统即为我们所要讨论的激光材料。77.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体对固体基质材料的性能要求具有强的荧光辐射、高的量子效率、适当的荧光寿命和受激发射截面。这是获得较小光泵阀值能量和尽可能大的激光能量输出的需要。应具有优良的静态光学均匀性，这就要求材料所含杂质颗粒、不熔物、气泡、条纹和应力等缺陷尽量少，以保证激光的方向性和激光效率。如激光晶体所用的氧化物纯度为 56 个“9”的水
8、平，总杂质含量不能超过(1-10)10-6。要求激光材料的热膨胀系数小、强度高、热导率高、光照稳定性和化学稳定性要好，以使激光器工作稳定可靠。激光材料还应易于制备加工，能制得大尺寸光学均匀的制品，这是其获得实际应用的前题。87.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体迄今为止，激光基质晶体已超过 200种。这些晶体大致可分简单氧化物、复合氧化物、简单氟化物、复合氟化物和其他激光晶体五类。n简单氧化物激光晶体：红宝石、掺钕钇铝石榴石、掺钕铝酸钇、掺铬铝酸铍等晶体；具有很好的物理化学性能，都能在室温下实现激光振荡，是高重复频率、连续或脉冲输出的大功率、大能量激光器理想的工作物质。红宝石晶
9、体以刚玉(-Al2O3)单晶为基质，激活离子为约0.05%左右的Cr3+，呈粉红色；红宝石晶体的主要优点是：物化性能很好，材料坚硬、稳定、导热性好，抗破坏能力强；红宝石对泵浦光的吸收特性好。主要缺点是属三能级结构，产生激光的阀值较高。97.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体迄今为止，激光基质晶体已超过 200种。这些晶体大致可分简单氧化物、复合氧化物、简单氟化物、复合氟化物和其他激光晶体五类。n简单氧化物激光晶体：红宝石、掺钕钇铝石榴石、掺钕铝酸钇、掺铬铝酸铍等晶体；具有很好的物理化学性能，都能在室温下实现激光振荡，是高重复频率、连续或脉冲输出的大功率、大能量激光器理想的工作物
10、质。10117.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体简单氧化物激光晶体：红宝石晶体以刚玉(-Al2O3)单晶为基质，激活离子为约0.05%左右的Cr3+，呈粉红色；红宝石晶体的主要优点是：物化性能很好，材料坚硬、稳定、导热性好，抗破坏能力强；红宝石对泵浦光的吸收特性好。主要缺点是属三能级结构，产生激光的阀值较高。红宝石晶体的激光发射波长为可见光至红光的波段，这一波段的光，不但为人眼可见，而且对绝大多数的各种光敏材料和光电探测元件来说，都是易于探测和定量测量的。因此，红宝石激光器在激光器基本研究、强光（非线性）光学研究、激光光潜学研究、激光照相和全息技术、激光雷达与测距技术等方面都
11、有广泛应用。127.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体简单氧化物激光晶体：掺钕钇铝石榴石(Nd3+:Y3Al5O12，简写Nd3+:YAG)激光晶体呈粉紫色；化学稳定性非常优良，如不溶于H2SO4、HCI、HF、HNO3，高温下溶于H3PO4。与红宝石相比，它的荧光寿命较短，荧光谱线较窄，工作粒子在激光跃迁高能级上时不易得到大量积累，激光储能较低。以脉冲方式运转时，输出激光脉冲的能力和峰值功率都受到限制。因此，它一般不用作单次脉冲运转，更适合于重复脉冲运转。Nd3+:YAG晶体是激光工作物质中最优秀的材料之一。YAG 的导热系数较高，石榴石激光器也是惟一能在常温下连续工作，并且
12、有较大功率输出的固体激光器。137.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体简单氧化物激光晶体：掺铬铝酸铍(Cr3+:BeAl2O4)该晶体具有在室温下输出激光波长连续可调的特性，目前已实现的调谐范围为701794nm。它是第一个商品化的可调谐激光晶体。可像Nd3+:YAG那样提供高的转换效率和平均功率，像红宝石那样提供高的峰值功率和输出可见光，还可调谐输出而使用却很简便，所以在材料处理、半导体器件退火、光谱学研究中作窄带光源、测距和目标指示等方面，均有重要应用价值。147.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体复合氧化物激光晶体该类晶体中掺入的激活离子处于不同性质的格位
13、上，光谱线型属于非均匀加宽。能掺入较高浓度的稀土离子，故有较高的激光效率。但是它们的物理性质一般不如简单氧化物晶体的优良，难于制得高质量晶体，应用范围因而受到限制。最具代表性的为硅氧磷灰石（SOAP），通式为MeLn4(SiO4)3O9，其中Me代表二价碱金属Mg、Ca、Sr；Ln为三价稀土离子Y、La、Cd。主要有Nd3+:SrLa(SiO4)3O9、Nd3+:CaLa(SiO4)3O9。该材料储能容量大、强度高、热性能好、效率高。这种多晶陶瓷，所以能成为激光基质材料，是由于它高度透明化、均质化的缘故。157.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体简单氟化物激光晶体特点是熔点低，
14、容易生长成单晶。其中性能比较优良的有 CaF4和LiYF4，激活离子主要为Nd。p激光基质晶体复合氟化物激光晶体这是一类多组分氟化物固溶体。该类基质的特点是：基质中激活离子形成许多结构不同的激活中心。该类介质的吸收光谱上出现了宽而强的吸收带，大大提高了激励能的利用率，同时能掺入高浓度的激活离子而不易出现浓度猝灭，并有很宽的荧光线宽，但这类材料热学、力学性能欠佳，因而限制了它的应用。167.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体激光基质晶体简单氟化物激光晶体特点是熔点低，容易生长成单晶。其中性能比较优良的有 CaF4和LiYF4，激活离子主要为Nd。p激光基质晶体复合氟化物激光晶体除上述几类典型
15、的激光晶体材料外，还有氟氧或硫氧阴离子的化合物、氯化物和溴化物等晶体也可作为激光器基质材料。如La2O2S。177.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光器件具有体积小、能量转换效率高、易于调制、可集成化、价格低廉等优点，目前在光电信息产业中得到广泛应用，成为光电子产业的主要支柱。半导体发光材料是制造半导体发光器件的基础。p半导体发光机制及特点当在PN结上加以一个外加的正向电压时，原有的均衡被打破，漂移电流减少，扩散电流增加，PN 结势垒变低，耗尽区变窄，新的载流子就会通过扩散大量注入到耗尽区中，这些载流子在耗尽区中相互复合时，多余能量以光子形式辐射，产生发光，这正是半导体发光的主要机制
16、。半导体发光材料与固体激光材料不同，无需利用外光源产生激光，而是由电能直接转换为光能，因而具有很高的转换效率。187.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光机制及特点耗尽层中载流子的复合是决定半导体 PN 结发光性质的重要因素。复合可分为两大类一类是辐射性复合：是由于电子与空穴的复合以光能的形式辐射能量，这对于面体发光至关重要一类是非辐射性复合：非辐射性复合会产生声子，对固体发光有害197.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光机制及特点辐射性复合电子和空穴由于碰撞而复合导带底的电子落到满带，与空穴复合，初态与终态的能量差以光的形式辐射，在常温下，可以认为导带中电子处于能量最小的状
17、态E1，当电子与空穴复合时，落入满带，其能量状态为E2，在此过程中，电子状态将发生能量和动量的变化。间接跃迁时部分能量被声子消耗，辐射光能相应变小。20217.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光机制及特点辐射性复合通过杂质能级的复合对于含有杂质的半导体，在常温下大部分杂质被离化，在禁带中形成空的杂质能级，此时导带上的电子可以被杂质能级俘获，再落入满带形成光辐射。227.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光机制及特点辐射性复合激子复合在半导体晶体中，除了固定在晶格原子上的电子（满带电子）和能白由地在晶体中运动的电子（导带电子）外，还可能存在一种处于激发态的电子。这种电子处于高能
18、激发态，活动于原子的外轨道，与原子核结合力较弱，易于脱离原子而转移到相邻原子去，从而形成电子空穴对。这种电子一空穴对复合时也会以光的形式辐射能量。激子复合通常具有较高的复合效率。237.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光机制及特点非辐射性复合非辐射性复合主要是由于跃迁能量转换为低能声子而形成。阶段地放出声子的复合若在禁带中含有若干能量不同的杂质或缺陷能级，能级间能量差很小，则在复合过程中，导带电子可能会在这些能级间发生阶段性跃迁，通过一系列声子的产生实现复合过程。俄歇过程在电子与空穴的复合过程中，多余能量未以光辐射形式出现，而是被导带中的其他电子吸收。吸收能量的电子被激发到导带的高能
19、量状态，其后再逐渐放出声子，同到导带的下端。这种过程通常发生于存在晶格缺陷的晶体中。247.2 半导体发光材料半导体发光材料p半导体发光机制及特点非辐射性复合非辐射性复合主要是由于跃迁能量转换为低能声子而形成。表面复合在晶体的表面，通常缺陷密度远高子晶体内部，因此在表面引起的各种非辐射性复合的几率也比内部高得多，因此半导体发光器件的效率和可靠性不仅与材料结构有关，也与表面状态有密切关系。在器件制作时，采用致密的氧化物膜层覆盖表面是减少非辐射性复合，提高发光效率的有效途径。257.2 半导体发光材料半导体发光材料p常用的半导体发光材料有砷化镓、磷化镓、磷砷化镓、镓铝砷、镓铟砷磷等。砷化镓直接跃迁
20、发射的光子能量为 1.4eV 左右，相应波长在 900 nm 左右，属于近红外区。它是许多发光器件的基础材料，许多材料外延生长用的衬底。磷化镓是典型的间接跃迁材料。通过掺入不同的发光中心，可以直接发射红、绿、黄等几种颜色的光。磷化镓以其效率高，颜色丰富的优点，在发光材料市场上已占据主导地位。26277.2 半导体发光材料半导体发光材料p在各种材料中，较为成熟、应用较多的是磷砷镓和磷化镓两种。p从发光颜色来看，磷化稼可以发出红、绿、黄三种颜色的光。红、绿两种主要颜色的光的纯度都很高。如果在材料上同时制成两种发光 PN 结，根据红色中心在高电流密度下饱和而绿色发光并不饱和这一特点，在不同的驱动条件
21、（低电流、宽脉冲下主要发红光、高电流窄脉冲下主要发绿光），让不同比例的红绿光混合起来，即可获得主波长处于 560-700nm的各种颜色光。磷砷稼商品器件能发出红、橙红、橙和黄色的光。287.3 光导纤维材料光导纤维材料p光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。p光导纤维导光原理全反射原理的实际应用p当光线从折射率为n1的介质入射到折射率为n2的介质时，在介质分界面上将产生折射现象。其规律是：入射角与折射角的正弦之比与两种介质的折射率成反比p其中n1是光纤纤芯的折射率，n2是其包层介质的折射率。因n1 n2，则，当入射角增大到某一角度时，折射角将等于90，这
22、时入射光线不再进入包层介质，而开始产生全反射的入射角称为临界角，当1继续增大时，290，发生了全反射，于是光便在光纤中沿轴向前传播。这就是光纤的波导原理。2930317.3 光导纤维材料光导纤维材料p光纤传输的优点频带宽频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段，载波频率为485MHz300Mhz。带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中
23、很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上)，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。327.3 光导纤维材料光导纤维材料p光纤传输的优点损耗低在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1、31um的光，每公里损耗在以下若传输的光，每公里损耗更小，可达以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引
24、入均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。337.3 光导纤维材料光导纤维材料p光纤传输的优点重量轻因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用448根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。抗干扰能力强因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被
25、窃听，因而利于保密。347.3 光导纤维材料光导纤维材料p光纤传输的优点保真度高因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。工作性能可靠一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。357.3 光导纤维材料光导纤维材料p光纤传输的优点成
26、本不断下降目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律（Optical Law）。该定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍。光导纤维的原料就是我们常见的石英。1公斤高纯度的石英玻璃可以拉制出成千上万公里的光导纤维，要制造100公里的1800路电话的铜轴电缆则需要耗铜12吨、铅50吨，光缆的直径仅是铜轴电缆的1/50-1/250，其重量仅为后者的百分之一。由于体积小，重量轻，可沿电缆同孔铺设，节省了管道建设费用，长途干线用光缆代替电缆，可节省30的费用。367.3 光导纤维材料光导纤维材料p对材料的要求光导纤维一般由芯线和外涂层组成。一般要求芯料的透光率高，而涂层材料要求折
27、射率低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在热性能方面，要求两种材料的热膨胀系数相接近，若相差较大，则形成的光导纤维产生内应力，使透光率和纤维强度降低。另外，要求两种材料的软化点和高温下的粘度都要相接近。377.3 光导纤维材料光导纤维材料p石英光导纤维由光导纤维的芯是石英玻璃纤维，外部包覆一层含硼、氟的材料或其他聚合物。石英玻璃的折射率为，而皮层材料的折射率较小。石英玻璃纤维的组成以SiO2为主，添加少量 GeO2、P2O5及氟等控制光纤的折射率。制备由于石英熔点很高，一般较少采用坩埚熔炼制母体。其母体的制备一般采用气相沉积法（MCVD、OVD、CVD），母体制好后，一般采用拉拔工艺制
28、成纤维。383940417.3 光导纤维材料光导纤维材料p实际应用光纤通讯信息高速公路激光是进行光纤通信的理想光源。光缆的直径不到 毫米，然而在这种小小的信息通道上，从理论上讲，同时能传送100亿路的电话，100万路高质量的电视节目，且不受电磁干扰，信息损失也极小。而目前一对直径为毫米的铜线仅能同时提供24路电话，一条直径为毫米包括22个铜轴管的铜轴电缆，也只能同时传送4万路电话或23个电视频道的节目，同时利用铜或其他金属导线，将会占据很大的空间，而且价格高，还会受电磁的干扰。427.3 光导纤维材料光导纤维材料p实际应用医用内窥镜 光导纤维可以用于食道、直肠、膀胱、子宫、胃等深部探查内窥镜（
29、胃镜、血管镜等）的光学元件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。照明和光能传送 利用光导纤维可以实现一个光源多点照明，光缆照明，可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明。由于光导纤维柔软易弯曲变形，可做成任何形状，以及耗电少、光质稳定、光泽柔和、色彩广泛，是未来的最佳灯具。此外，还可用于易燃、易爆、潮湿和腐蚀性强的环境中不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。43光纤导管胃镜光纤导管胃镜 利用光纤作手术 447.3 光导纤维材料光导纤维材料p实际应用光纤服装 法国一公司首创了光纤喷砂打磨技术。用该方法处理后，可使激光沿着光导纤
30、维束传播而不受其包裹在外层的有反光作用的护套的影响。用这种光导纤维束织成的布料可通过发光传递信息。这些信号在黑暗里或浓烟密布中，可起到很大的救生作用。若用光导纤维织物制作带传感器的消防服，则其上的传感器装置可探测出化学危害并通过发光显示，以警示附近其他人员。若特种部队穿上这种面料制成的迷彩服，真成了“变色龙”。457.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的基本要求及应用透明导电薄膜是兼备透光性和导电性的一类特殊薄膜。在电气应用方面，对它的透光性和导电性都有很高的要求，其性能常用指数，式中T 是簿膜的透光率，R 是薄膜的方阻值，两者均是膜厚的函数。在光学应用方面，要求薄膜对可见光有
31、好的透光性和对红外有良好的选择反射特性。467.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的基本要求及应用在实际应用中，作为透明导电薄膜的基本条件是：表面电阻低；透光率高；面积大，重量轻；易加工、耐冲击。47487.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的种类金属薄膜系列：金属薄膜系列具有导电性好但透明度差的特点。一方面，由于金属膜中存在自由电子，因此，即使很薄的膜仍然呈现出很好的导电性，若选择其中对可见光吸收小的物质，就可以得到透明导电膜。另一方面，当金属的膜厚减薄到 20nm以下时，对光的吸收率和反射率都会减小，呈现出很好的透光性。497.4 透明导电薄膜材料透明导电薄
32、膜材料p透明导电薄膜的种类金属薄膜系列：一般来讲，透光性越好的金属薄膜，导电性就越差。所以，透明导电薄膜的厚度应限制在 3-15 nm 左右。但这样厚度的金属膜易于形成岛状结构而表现出比连续膜高的电阻率和光吸收率。为避免出现岛状结构，可先淀积一层氧化物作底层。另外，由于金属膜的强度较差，实际应用时可在其上淀积一层 SiO2、Al2O3 等氧化物保护层，从面构成底层膜/金属膜/上层膜的夹层式结构。适当设计上、下层膜的折射率和光学厚度，可使膜面既减少反射，又具有保护作用，且提高金属膜的可见光的透过率。一般有Au、Pd、Pt、Al、Ni-Cr等50517.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导
33、电薄膜的种类半导体薄膜系列：半导体薄膜系列具有透明性好但导电性差的特点。此类薄膜系列应具备的条件是：材料的禁带宽度Eg3eV；材料应掺杂使其组成偏离化学计量比以保证高的导电。一般金属氧化物比较满足此类条件，其中常见的是氧化锡-氧化铟系列（In2O3-SnO2，ITO）、氧化镉和锡酸镉等5253547.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的制备透明导电薄膜的制备可以选用塑料薄膜衬底或玻璃衬底，二者使透明导电薄膜在特性上有很大不同。若仅仅考虑表面电阻值和透光率，则用玻璃做衬底比较好；若从衬底的厚度和面积考虑，则用塑料薄膜做衬底最合适塑料薄膜还具有可弯曲、易加工等优点。透明导电薄膜的
34、制备方法有喷雾法、涂覆法、浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸镀法、真空溅射法等。这些制备方法的一个共同点是衬底要承受高温。557.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的制备喷雾法：用氯化锡（SnCl4）溶于水或有机溶剂中形成的溶液均匀喷涂在玻璃衬底上（玻璃衬底经清洗且加热到500600 处理），形成一定厚度的薄膜。成膜的反应过程如下：SnCl4+2H2O=SnO2+4HCl 若在涂料里添加氯化锑、氢氟酸和氟化氨等物质，则可提高薄膜的导电性。567.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的制备浸渍法：衬底的处理与喷雾法相同，将溶解有锡盐的有机溶液加热至沸腾，然后将处理好的玻
35、璃衬底短时间浸入溶液后取出，慢慢地冷却。由此可以得到质地较硬、在长宽等方向上均匀性很好的透明导电薄膜。涂覆法：用碱性三氟醋酸溶液作为涂料涂覆在玻璃衬底上，待干燥后加热到 600 以上，即可形成膜成分为 InOF、既透明又导电的薄膜。577.4 透明导电薄膜材料透明导电薄膜材料p透明导电薄膜的制备化学气相沉积法：将玻璃衬底加热至高温，使其表面吸附金属有机氧化物的热蒸气，然后通过喷涂在基片表面上引起分解氧化反应，由此析出金属氧化物透明导电薄膜。真空蒸镀法该法：是将氧化锢、氧化锡作为蒸发材料，玻璃衬底加热到 300-500，然后沉积到玻璃衬底上形成透明导电薄膜。溅射法溅射法：可直接溅射氧化铟、氧化锡
36、，也可选用铟、锡在氧气氛中反应在玻璃衬底上沉积出氧化铟、氧化锡透明导电薄膜。与真空蒸镀法相比，存在溅射速率低的缺点。但近年新开发的磁控溅射法大大提高了成膜速率，已达到真空蒸镀的水平。585960617.1 固体激光材料固体激光材料p激光的特点及发光原理p激光是一种新型光源，它具有很好的单色性、方向性和相干性，并且可以达到很高的亮度。特点方向性好，亮度高，能量集中，可在微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温；单色性好相干性好激光传递信息的容星大高简并度的强激光，其场强远大于分子、原子内的库仑场强，跟物质发生相互作用时会引起倍频、和频、差频等许多新的物理效应。627.1 固体激光材料固体激光材料p激光晶体基质晶体的基本类型氟化物晶体：CaF2、BaF2、SrF2、MgF2等；含氧的金属酸化物晶体：CaWO4、CaMoO4、LiNbO3等金属氧化物晶体：Al2O3、Er2O3、Y2O3等。63