掺杂型半导体膜层的辐射特性研究文献综述

 2022-11-16 04:11

文 献 综 述

一 前言

随着21世纪科学技术的迅速发展,现代的红外探测和识别技术的已达到了非常先进的水平,这样就使得各种军事目标和武器装备的安全受到严重威胁。因此,以降低装备红外线发射和削弱敌方红外探测能力为宗旨的红外隐身技术就受到了世界各国科学家们的高度重视。

研究发现,通过改变目标物体的红外辐射波段,将目标物体的红外辐射信号调节至红外探测器的探测工作波段之外是一种有效降低目标物体被探测几率的手段。同时,由于掺杂氧化物半导体,如氧化铟锡(ITO)、掺锑氧化锡(ATO)、氧化锌铝(ZAO)等,可实现在可见光波段的高透明、红外波段的高反射低发射以及雷达波段的高吸收,因此常被用于调制不同波段的发射率,也引发了研究人员的关注。许多科研工作者都对掺杂型半导体开展了理论分析及实验研究。

二 主要研究

根据参考文献[5],早在20世纪人们就已发现:半导体材料的发射率由材料的载流子密度N、载流子迁移率mu;和载流子碰撞频率omega;tau;所决定,所以通过适当地选取N、mu;和omega;tau;等参数,就可以使掺杂半导体在红外波段有较低的发射率。同时也有学者证明:当入射光的波长比等离子波长(lambda;p)小时,掺杂半导体呈现高透过现象;当入射光的波长比等离子波长(lambda;p)大时,掺杂半导体呈现高反射现象,而掺杂型半导体的等离子波长一般在红外波段。因此,掺杂氧化物半导体大都具有可见光高透过、红外高反射的特性。这就为人们实现掺杂性半导体红外波段的低发射率,高反射率提供了主要研究方向。

1999年,王自荣,於定华[1]等人用 ITO 制备涂层, 并对其光谱特性以及8 ~ 14 mu;m波段的红外发射率等进行了详细的研究。他们选用SnO2 为掺杂物,分析了掺杂浓度对发射率的影响,研究发现:随着掺杂浓度的增加,本材料的发射率先增大后减小,且在摩尔浓度为5%时最小,并且在此掺杂量下 ,涂层发射率随波长的变化波动较小,因此在这一浓度下比较适合作为红外隐身涂层。同时,他们还研究了不同粘合剂及粘合剂的用量对发射率的影响,以及将其制得的ITO用于红外、激光复合隐身涂层中,也取得了较好的效果。同年4月,李丹之[4]对掺杂型半导体/金属膜系的透射发射特性展开了研究,她突破性地把半导体材料与金属材料相结合,通过对半导体载流子浓度进行控制以及对半导体膜和金属膜厚度进行适当地匹配,研究出新的SnO2/Ag 膜系,相比于其它半导体膜系(如 TiO2 、 In2O3 、 ITO 和 SiO2/Al 膜系),SnO2/Ag 膜系可同时具有高可见光透射率和高红外反射率的特性。并且造价相对较低,因此具有更加广泛的应用前景。

2006年,顾冰芳[3]等人研究了半导体材料的红外吸收及实现低发射率的方法。从基尔霍夫定律(热平衡状态下,材料对黑体的吸收率等于同温度下的发射率)为出发点进行考虑,通过研究材料的红外吸收机制,得出了一系列实现低发射率的方法,如调整晶格振动频率,降低晶格振动吸收峰,增大颗粒散射系数等。为我们实现红外隐身提供了一系列新的有效的方案。

2011年,外国科研人员Richard Soref等[19]研究了重掺杂N型Ge和GeSn的等离子特性,确定了一定范围内的等离子体波长和介电常数,计算了其基本等离子体特性,并且用FDTD软件构建相应模型并进行了仿真计算。但其研究并未进一步探讨其辐射特性。2013年,外国学者W.Streyer,S.Law等[17]使用由重掺杂硅和锗介电层组成的双层系统,对中红外波长(5-12mu;m)范围内的辐射特性展开研究。他们通过改变介质层的厚度来研究辐射特性。并将实验数据与结构分析模型进行比较,论证了这一材料作为发射率控制涂层的潜力,且具有低成本,制造简单等优点。

2014年,李天禄[8]对纳米 ITO/聚苯胺复合型红外隐身涂料的性能进行了研究,并通过实验分析了PH 值、ITO 与 PANI 不同配比、 ITO的含量、涂层厚度对红外发射率及反射率的影响,并测出了其最优值。且实验从制备的手段出发,研究得出:不同混合方式制备的涂料的红外性能具有较大的差异的结论。

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