[发明专利]一种介电常数可控的钛膜的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种介电常数可控的钛膜的制备方法，包括：基于目标钛膜的预期介电常数实部，根据已知钛膜的介电常数实部随入射光波长的变化曲线，选定制备所述目标钛膜的气体含氧量，进行制备，所述已知钛膜为在0～0.2V％范围内调整气体含氧量制备获得的多个钛膜。本发明提供的一种介电常数可控的钛膜的制备方法，通过调整通入镀膜室中的气体氧含量，制备得到一系列钛膜，再分析出这一系列钛膜的介电常数实部随入射光波长的变化曲线，以所述变化曲线为参照，选定制备目标钛膜的气体氧含量并进行制备，最终有效地实现钛膜的介电常数可控，克服了同种金属薄膜的介电常数实部难以调控正负值的技术问题，扩大了金属薄膜的应用范围。

技术领域

本发明涉及金属薄膜制备及应用领域，尤其涉及一种介电常数可控的钛膜的制备方法及其应用。

背景技术

近年来金属等离子体科技已经开始在中国蓬勃兴起和发展，对中国基础研究和技术储备的提高具有很大的推动作用。不同类型的金属等离子体结构一般通过自上而下的微纳加工方法获得，金属薄膜制备是该方法的关键步骤之一。所制备的薄膜在介电常数实部小于0的光谱范围具有显著的金属等离子体特性，相反大于0的范围则具有类似介质的特性。由介电常数实部正负交替的多层薄膜构造的双曲超材料更具有显著的等离子体振荡特性，其中同质双曲超材料晶格失配很小，大大减少了失配导致的电磁损耗，有广阔的研究和应用前景。

目前，双曲超材料一般都是通过特定的金属材料和介质材料按照一定厚度交替排布在基体上实现。如何制备出一种介电常数实部正负可控的同种金属薄膜是一个技术难点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种介电常数可控的钛膜的制备方法及其应用，解决了现有技术中同种金属薄膜的介电常数实部难以调控正负值的问题。

本发明提供的一种介电常数可控的钛膜的制备方法，包括：

基于目标钛膜的预期介电常数实部，根据已知钛膜的介电常数实部随入射光波长的变化曲线，选定制备所述目标钛膜的气体含氧量，进行制备，所述已知钛膜为在0～0.2V％范围内调整气体含氧量制备获得的多个钛膜。

上述技术方案中，在真空镀膜时，通过在0～0.2V％范围内调整通入镀膜室中的气体氧含量，制备得到多个钛膜，再分析出所述多个钛膜的介电常数实部随入射光波长的变化曲线，根据所述变化曲线，基于目标钛膜的预期介电常数实部，选定制备目标钛膜的气体氧含量并保持其他参数不变，进行制备，有效地实现钛膜的介电常数可控；气体含氧量在0～0.2V％范围时，得到的钛膜为金属膜，且介电常数实部经历由负到正的变化，克服了同种金属薄膜的介电常数实部难以调控正负值的技术问题。

优选地，所述气体含氧量的调整范围为0.01V％～0.2V％。

优选地，所述已知钛膜的介电常数实部随入射光波长的变化曲线，通过采集并拟合所述已知钛膜的光谱椭偏数据获得。

上述技术方案中，除了通过采集并拟合所述已知钛膜的光谱椭偏数据来获得所述变化曲线，还可采用分光光度计透射光谱，反演计算薄膜介电常数，但由于利用分光光度计测量反射率时稳定性不好，因此该方法测量精度不如光谱椭偏法。

优选地，制备所述已知钛膜和所述目标钛膜时，镀膜室中气压为3～15mTorr。

优选地，制备所述已知钛膜和所述目标钛膜时，镀膜功率为50～150W。

优选地，制备所述已知钛膜和所述目标钛膜时，镀膜时间为5～30min。

上述技术方案中，将镀膜参数控制在上述范围内，以确保形成光谱椭偏方法可测的连续薄膜。上述参数的综合调整，可控制薄膜的沉积速度、粗糙度和厚度在适度范围内，粗糙度过大将导致薄膜连续性变差，厚度过大将导致薄膜介电常数测量困难。