介紹了擬合氮化鈦薄膜光學(xué)常數(shù)常用的色散模型，且結(jié)合第一性原理計(jì)算出的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度給予闡述;概括了氮化鈦在表面等離子體共振方面的研究進(jìn)展和摻雜對(duì)于氮化鈦薄膜光學(xué)性能的影響;并且指出了氮化鈦在節(jié)能鍍膜玻璃方面的應(yīng)用。

　　TiN 薄膜以其制備工藝成熟穩(wěn)定、價(jià)格低廉以及耐磨耐腐蝕特性好，而廣泛應(yīng)用于切削工具和機(jī)械零件的硬質(zhì)涂層保護(hù)膜。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展和工業(yè)的需求，TiN 在MEMS、太陽(yáng)能電池的背電極、燃料電池、納米生物技術(shù)、節(jié)能鍍膜玻璃等領(lǐng)域的應(yīng)用都有相關(guān)的報(bào)道。關(guān)于

　　TiN 薄膜的研究已經(jīng)從原有的注重力學(xué)機(jī)械性能，逐漸轉(zhuǎn)向光電性能;其中關(guān)于薄膜光學(xué)性質(zhì)的研究報(bào)道已有很多，本文將綜述已有的研究成果，著重從物理原理的角度解析TiN 薄膜的光學(xué)性質(zhì)。

TiN 薄膜的光學(xué)性質(zhì)

TiN 的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度

　　TiN 屬于面心立方結(jié)構(gòu)，晶格中參與成鍵的價(jià)電子有過(guò)渡族金屬Ti 的3d24s2 和N 的2p3。通過(guò)采用綴加平面波方法和第一性原理計(jì)算可以得出TiN 的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度，進(jìn)而計(jì)算出材料中電子的填充態(tài)和未填充態(tài)，再根據(jù)躍遷的選擇定則，計(jì)算出躍遷矩陣元和吸收系數(shù)，從而得到介電函數(shù)的虛部;再根據(jù)Kramers- Kronig 變換關(guān)系就可得出介電函數(shù)的實(shí)部，據(jù)Maxwell 關(guān)系式就可以確定材料的折射率和消光系數(shù)。所以分材料的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度對(duì)材料光學(xué)性質(zhì)的影響就顯得非常重要。

　　圖1 TiN 的能帶結(jié)構(gòu)圖

　　圖2 TiN 的態(tài)密度圖

　　根據(jù)躍遷選擇定則和計(jì)算出的TiN 能帶結(jié)構(gòu)顯示，躍遷過(guò)程將會(huì)發(fā)生在：Γ25’→Γ12 (~1 eV)，Γ15→Γ12(~2.3 eV)，X5→X2(~3.9 eV)，L3→L3 (~5.6 eV)。通過(guò)圖2 可以看出，N 原子的s 軌道呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的局域化特征;Ti 原子的d 軌道由于晶體場(chǎng)的作用，部分簡(jiǎn)并被消除，在費(fèi)米能級(jí)下2.5 eV左右，劈裂成了三重簡(jiǎn)并的t2 態(tài)(dxy,dyz,dxz)和二重簡(jiǎn)并的e 態(tài)(dz2,dx2- y2);且N 原子的p 軌道和Ti 原子的d 軌道產(chǎn)生強(qiáng)烈的雜化。能帶的交疊和N 原子p 軌道和Ti 原子d 軌道的雜化，使得晶格中的Ti- N 鍵既類(lèi)似于金屬鍵，又類(lèi)似于共價(jià)鍵和離子鍵。

　　本文首先闡述了TiN 的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度;在此基礎(chǔ)上討論了薄膜的光學(xué)色散模型，并且給出常用的色散模型;摘述了TiN 薄膜在表面等離子體共振方面的研究進(jìn)展;最后描述摻雜在TiN薄膜光學(xué)性能方面的研究現(xiàn)狀和關(guān)于薄膜光學(xué)性能的若干應(yīng)用。當(dāng)然，關(guān)于TiN 薄膜光學(xué)性質(zhì)的研究還有很多問(wèn)題需要探討，如：TiN 薄膜的激光損傷閾值、摻雜對(duì)TiN 薄膜表面等離子體共振特性的影響等。