移动智能终端用蓝宝石的表面抗反射与自清洁研究

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（SiO2）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HfO2薄膜为中间缓冲层，制备HfO2/SiO2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，HfO2/SiO2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SiO2/HfO2增透膜的试验表明，中间层HfO2的加入能明显提高薄膜与基底之间的结合力，并且随着HfO2薄膜厚度的增加薄膜的附着力先增加后减小，当增透膜SiO2/HfO2厚度为86/126nm时，测得其临界载荷为7.6mN，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3mTorr、刻蚀功率100W、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。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2蓝宝石改性的研究现状

1.3抗反射结构的制备方法

1.4掩膜的选择

1.5本文研究的主要内容

第2章 蓝宝石抗反射结构的制备及表征方法

2.1 引言

2.2 抗反射结构的设计

2.3抗反射结构的制备

2.4抗反射结构的测试分析方法

2.5本章小结

第3章 增透膜系的制备及性能

3.1引言

3.2 SiO2/HfO2膜层厚度的优化

3.3增透膜系的制备

3.4退火处理对薄膜结晶性以及成分的影响

3.5中间层厚度变化对增透膜性能的影响

3.6本章小结

第4章 蓝宝石表面亚波长结构的制备性能研究

4.1 引言

4.2亚波长结构的模拟

4.3 AAO掩膜的制备

4.4 刻蚀工艺研究

4.5 固相外延

4.6亚波长结构的性能

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢