一种单面图形化高低反射膜层及其制备方法和应用与流程

本发明涉及薄膜，尤其是涉及一种单面图形化高低反射膜层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着光学技术和材料科学的迅速发展，对具有特定光学特性的高性能材料的需求日益增加。特别是，具有高反射区和低反射区的复合材料在多个领域中扮演着重要角色，包括但不限于太阳能收集、热管理系统、光学成像与传感器技术、以及隐身技术等。这些材料能够在同一表面上提供不同的光学响应，为高精度光学应用提供了新的可能性。

2、然而，传统上制备这类具有高低反射特性的材料的技术存在着显著的局限性。具体来说，这些方法通常涉及复杂的多步骤过程，如先在一面进行高反射膜层的镀膜，再通过精细的刻蚀工艺在镀膜表面上制造出图案，最后可能还需要在另一面进行整版的镀膜处理。这种多步骤的制备过程不仅增加了生产的复杂性，而且由于工艺的多个环节容易引入错误，导致最终产品的良率低下。此外，这种方法的效率低下也意味着较高的生产成本，这在商业应用中是一个显著的缺点。

3、综上，传统的制备高低反射材料的工艺，加工流程长，产品良率不高。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单面图形化高低反射膜层，能够有效提高加工效率和良率，还能保证甚至提升所得单面图形化高低反射膜层的性能。

2、本发明还提供了上述单面图形化高低反射膜层的制备方法。

3、本发明还提供了上述单面图形化高低反射膜层的应用。

4、根据本发明第一方面的实施例，提供了一种单面图形化高低反射膜层，所述单面图形化高低反射膜层包括依次叠加设置的：基底层、高反射层、介质层和低反射层；

5、所述高反射层的材质包括铬单质；

6、所述介质层的材质包括氧化硅，所述介质层对光的透过率≥95％；

7、所述低反射层的材质包括氮氧化铬。

8、根据本发明实施例的单面图形化高低反射膜层，至少具有如下有益效果：

9、传统双面镀膜形成的高低反射膜层中，无论是高反射层还是低反射层，均会和环境接触，环境中的氧气等物质会和高反射层或低反射层发生反应，影响了所得高低反射膜层的使用寿命；或者为了维持使用寿命，可选用的高低反射层的制备原料被局限。

10、也有技术在单侧形成了高低反射膜层，但是需要借助金等惰性且反射率高的金属，价格昂贵，结构复杂。

11、本发明提供的单面图形化高低反射膜层中，高反射层设于基底层和介质层之间，由此避免了其被环境成分影响，维持了其光学性能稳定。采用氧化硅层，一方面利用了其环境隔绝的作用，一方面利用了其透光性，最重要的一方面，利用了其独特的耐腐蚀性，即可选择出一种腐蚀液，单独腐蚀低反射层，但不腐蚀介质层，由此介质层也兼具了腐蚀停层的作用。本发明采用的低反射层选用的材质，结构稳定，在常规使用环境中几乎不和环境中的物质发生反应。

12、综上，本发明提供的单面图形化高低反射膜层，通过结构、材质的选择，可实现单面制作、节约了制备步骤，提升了产品良率，延长了产品的使用寿命。

13、根据本发明的一些实施例，所述基底层的材质包括不锈钢、陶瓷、石英和玻璃中的至少一种。

14、根据本发明的一些实施例，所述高反射层的厚度为50～100nm。例如具体可以是约60nm、70nm或约80nm。

15、根据本发明的一些实施例，所述高反射层对400～1000nm波段光的反射率≥65％。例如具体可以是约70％、72％、73％、74％、75％、76％或约80％。

16、根据本发明的一些实施例，所述介质层的厚度10nm～3μm。例如具体可以是约20nm、50nm、100nm、300nm、500nm、800nm、1μm或约2μm。

17、根据本发明的一些实施例，所述低反射层的厚度为10～50nm。例如具体可以是约20nm、30nm或约40nm。

18、根据本发明的一些实施例，所述低反射层的材质为氮氧化铬，所述氮氧化铬中包括元素氮、氧和铬。其中，铬的质量百分数为80～90％。例如具体可以是约83％、84％、85％、86％或约87％。氧和氮的摩尔比例为3～35:7；例如具体可以是约4:7、5:7、6：7、7:7、20:7、25:7、30:7或约33:7。可通过调整所述低反射层中各元素的质量百分数，进而调整所得低反射层的反射率。

19、根据本发明的一些实施例，所述低反射层对600～660nm波段光的反射率≤5％。例如具体可以是约4％、3％、2％或约1％。

20、根据本发明的一些实施例，所述低反射层上设有镂空图案。由此所述高反射层可以通过所述镂空图案发挥作用。

21、根据本发明的一些实施例，所述镂空图案的具体形状可根据实际需要进行设定，例如可以是排列成矩阵的矩形、圆形、三角形；或者是不规则排列的规则图形，或者是规则排列的不规则图形。

22、根据本发明第二方面的实施例，提供了一种所述的单面图形化高低反射膜层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

23、s1.在所述基底层表面设置所述高反射层；

24、s2.在所述高反射层表面设置所述介质层；

25、s3.在所述介质层表面设置所述低反射层；

26、s4.在所述低反射层表面设置图形化的光刻胶，之后采用盐酸水溶液腐蚀所述低反射层。

27、由于所述制备方法采用了上述实施例的单面图形化高低反射膜层的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。进一步的，由于所述介质层的设置，步骤s4中，所述腐蚀的时长和温度，不需要进行非常严格的限制，腐蚀过程也不会影响所述高反射层的性能；由此提升了所述制备方法的可操作性，以及所得产品的良率。

28、根据本发明的一些实施例，步骤s1中，所述高反射层的设置方法包括磁控溅射。其中，所述磁控溅射所用靶材为铬靶，靶材中铬的质量百分数≥99.99％。并且，所述磁控溅射满足以下条件中的至少一个。

29、(1)铬靶的功率为3～7w/cm2，例如具体可以是约5w/cm2；

30、(2)气体环境为高纯氩气(纯度≥99.99％)；

31、(3)工作气压约为0.5～1.5pa；例如具体可以是约1pa；

32、(3)基底层的温度为100～300℃；例如具体可以是约200℃；

33、(4)负偏压能量为10～30ev，例如具体可以是约20ev。

34、根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述介质层的设置方法为氧离子束辅助的脉冲式磁控溅射。其中，所用靶材为硅靶材(纯度≥99.99％)。并且，需要满足以下条件中的至少一个：

35、(1)功率为60～100w/cm2；例如具体可以是约80w/cm2；

36、(2)工作气体为氧气和氩气按照8.5～9.5:1体积比形成的混合气体；氧气和氩气的体积比具体可以是约9:1；

37、(3)腔体气压为0.3～0.5pa；例如具体可以是约0.4pa；

38、(4)溅射脉冲频率为20～25khz；例如具体可以是约22khz；

39、(5)离子束电流为0.8～1.0a；例如具体可以是约0.9a；

40、(6)离子源电压为400～600v；例如具体可以是约500v。

41、根据本发明的一些实施例，步骤s3中，所述设置的方法包括磁控溅射。

42、根据本发明的一些实施例，步骤s3采用的磁控溅射，采用的靶材包括铬靶。

43、根据本发明的一些实施例，步骤s3采用的磁控溅射，采用的气体氛围包括氮源和氧气。其中，所述氮源包括氮气和氨气中的至少一种。

44、根据本发明的一些实施例，步骤s3采用的磁控溅射中，需满足以下参数中的至少一个：

45、(1)铬靶的功率为1～5w/cm2，例如具体可以是2～3w/cm2；

46、(2)气体环境为氮源、氧气和氩气的混合气体；其中氮源和氧气占所述混合气体的体积百分数为10～20％。例如具体可以是约15％。所述氮源和氧气的比例，根据所需的低反射层中氮氧的比例调整。

47、(3)工作气压约为0.1～0.5pa；例如具体可以是约0.3pa；

48、(3)基底层的温度为100～300℃；例如具体可以是约200℃；

49、(4)负偏压能量为10～30ev，例如具体可以是约20ev。

50、根据本发明的一些实施例，步骤s4中，所述盐酸水溶液的质量浓度为5～25％。例如具体可以还是约10％、15％或约20％。

51、根据本发明的一些实施例，步骤s4中，所述腐蚀的温度为10～23℃。例如具体可以是18～20℃，由此可保证腐蚀速率并避免侧面腐蚀。

52、根据本发明的一些实施例，步骤s4中，所述腐蚀的时长为30s～5min。通过温度、浓度的控制，以及介质层的设置，显著避免了腐蚀过程中不良品的出现，由此所述腐蚀的时长可适当延长(拓宽)，由此提升了操作的可控性。

53、根据本发明第三方面的实施例，提供了一种所述单面图形化高低反射膜层在太阳能收集、热管理系统、光学成像与传感器技术以及隐身技术领域中的应用。

54、由于所述应用采用了上述实施例的单面图形化高低反射膜层的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。即，应用寿命长且成本低。

55、若无特殊说明，本发明的“约”实际表示的含义是允许误差在±2％的范围内，例如约100实际是100±2％×100。

56、若无特殊说明，本发明中的“在……之间”包含本数，例如“在2～3之间”包括端点值2和3。

57、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。