第二章 文獻回顧與基礎理論
2.3 奈米針尖陣列製作技術
2.3.3 金屬薄膜之光學性質
本研究最後將於塑膠基材上成型之奈米陣列結構進行表面金屬 薄膜鍍膜，並探討其光學性質，故本節就以往平面金屬光學薄膜鍍膜 技術進行簡介。一般市面上產品使用金屬薄膜的產品，如傳統的反射 鏡，會要求它在廣大的波域內都有高的反射值。金屬面可以達成這種 需求，但由於塊狀金屬拋光不易，表面不夠光滑，因此都是以輕而堅 固，且易製作光學面的基材當基板，然後在它的上面鍍上金屬膜。但 金屬膜之機械性不強，化學性不穩，所以日常生活中所用的高反射鏡
（如車子的反射鏡）多屬背面鏡，即在玻璃背面用化學方法或物理方 法鍍上一層銀或鋁，再鍍（或塗）以保護層在其玻璃上。在可見光區 波段中，銀膜的反射率很高，但波長小於
400nm
後以鋁膜為佳，如 圖2.24
所示。圖
2.24
常見金屬材質之反射率[45]
金屬薄膜的反射率在諸多的文獻中
[45][46]
都曾提到，不同的金 屬材料，除了與本身的特性有關之外，影響其光學性質的因素，也與 其製程有關，諸如基板的潔淨度、鍍膜原料的純度、鍍膜時之真空度、蒸鍍速率、基材溫度等、鍍膜膜厚等，都是影響結果的關鍵因素，基 板的潔淨度低，則欲鍍物與基材的附著性降低，進而影響了沈積的緻 密度，而鍍膜原料的高純度，才能保持薄膜的連續性，純度不夠會造 成膜層間鍍膜材料的不均勻性，形成缺陷，其雜質會嚴重的影響其性 質，多篇論文也提到真空度、蒸鍍的速率與基材溫度也直接影響了成 膜光學性質的優劣。
厚膜金在
600nm
以上有高的反射率，平均可達99
％，蒸鍍速率30Å/sec
，蒸鍍時間60sec
。金與銀同樣具有在紅外區反射率高於鋁的特性，由於其在可見光區之反射率低、紅外光區反射率高的特性，適 合鍍於隔熱膜上，且在空氣不易發生化學反應，穩定性高，機械性和 附著性也佳。
厚膜銀從可見光一直到紅外光都有很高的反射率，平均
99%
，在 可見光波段到紅外光波段的反射率都高，蒸鍍速率5nm/sec
下鍍膜30sec
所量測出的反射率表，在波長小於340nm
的紫外光區，反射率急速下降至
72.9%
，如圖2.24
，而在波長100nm~200nm
時，銀的反 射率甚至小於銅。與銅不同的是，銀在紫外光波段時銀膜的氧化層對 反射率的影響遠小於銅膜，但具有易於氧化變黑與硫化變質的特性，且與基板之附著性較差。蒸鍍適當厚度的氧化鋁可以增加對基底的附 著性，在適當蒸發速率下鍍膜可使氧化鋁膜不具吸收，也可以使用
Al
、Cu
、Cr
、Ni-Cr
合金來增加附著性及保護作用。有鑑於金、銀兩種金屬膜於紅外光波段具備高反射低穿透之良好 隔熱光學性質，故本研究採用此二種金屬為奈米結構金屬鍍膜之研究 對象。另由文獻
[35][36]
中得知，當此二金屬膜厚度薄至數十奈米時( <100n
m)，於可見光波段會出現大幅度光學性質(反射率與穿透率)變化，如圖 2.25、2.26 所示。
圖
2.25
平面金薄膜光學穿透性質[36]
圖
2.26
平面銀薄膜光學性質[35]
又由文獻
[35]
中得知，Charton
及Fahland
之研究，當銀金屬膜厚約小於
10nm
時，薄Ag
膜在可見光區有吸收增加的現象，見圖2.27
。 推測薄金屬膜具有展透閾值(percolation threshold)
的現象，意即在鍍製 金屬薄膜時，原子跟原子間先會互相附著而形成一團一團的原子簇，此時電子被困住在單獨的區域而無法在膜層內自由的移動。使得入射 光的電磁場會激發表面電漿子而導致吸收增加，當膜鍍越厚時，原子 簇的數量夠多，超過展透閾值時這些分離的原子簇開始結合，此時電 子將不再只會陷在獨立的原子簇上，而能在膜層間自由的移動，減少 了激發表面電漿子的可能性及吸收率。
圖
2.27
銀薄膜膜厚與吸收特性關係[35]
由於表面電漿子現象並非本研究重點，故本研究選擇