透明導(dǎo)電薄膜在各類電池、平板顯示、低輻射玻璃、電磁屏蔽等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)的信息化勢(shì)頭和光電產(chǎn)業(yè)欣欣向榮的發(fā)展,當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化的摻錫氧化銦（ITO）薄膜逐漸無(wú)法滿足上游需求者和下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)透明導(dǎo)電薄膜的大量需求和高性能要求。電介質(zhì)/金屬/電介質(zhì)（DMD）結(jié)構(gòu)多層薄膜可以將金屬膜與電介質(zhì)層的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),且在室溫下制備即可獲得高光電性能,此外,得益于金屬良好的延展性,DMD結(jié)構(gòu)薄膜可以通過(guò)卷對(duì)卷沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)柔性大面積薄膜的制備,應(yīng)用前景廣泛。但是目前最常用的Ag基多層薄膜由于夾層金屬Ag在長(zhǎng)期或高溫下使用時(shí)易發(fā)生擴(kuò)散和氧化而使光電性能明顯劣化,給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)諸多限制以及高額的更換修復(fù)成本,嚴(yán)重影響使用效果。因此在保證薄膜光電性能的同時(shí)提高其穩(wěn)定性成為當(dāng)前研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題,本文在保證光電性能的前提下,提出在AZO/Ag/AZO多層薄膜中引入薄Ni層,以使其作為阻擋層限制Ag原子的擴(kuò)散和氧化,從而提高薄膜的穩(wěn)定性。本文通過(guò)改變金屬及電介質(zhì)的厚度參數(shù),探究結(jié)構(gòu)形貌以及光電性能變化規(guī)律,得到具有最佳性能的AZO/Ni/Ag/AZO薄膜對(duì)應(yīng)的各介質(zhì)層厚:AZO為45nm,Ni為... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域：(a)平板顯示；(b)透明加熱；(c)電磁屏蔽；(d)各類電池在太陽(yáng)能電池、平板顯示等領(lǐng)域中得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的透明電極材料主要是摻

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-關(guān)于金屬薄膜的透光性能會(huì)受到離散納米團(tuán)簇所引起LSPR的影響這方面已有大量相關(guān)研究[19-21]。Lee等[22]分別通過(guò)理論模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出Ag薄膜的透過(guò)率，結(jié)果如圖1-2，對(duì)比發(fā)現(xiàn)理論值與實(shí)際值相差較大，特別是厚度小于閾值厚度的Ag薄膜實(shí)際透過(guò)率值在500nm波長(zhǎng)附近有一明顯的下降，而理論值并未出現(xiàn)這一低谷峰，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因即薄膜在實(shí)際生長(zhǎng)中會(huì)出現(xiàn)納米團(tuán)簇與孔隙對(duì)特定波長(zhǎng)的入射光造成強(qiáng)吸收和散射。圖1-2理論模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的Ag薄膜透過(guò)率[22]電子在薄膜中的遷移受到多種散射的限制，包括聲子散射（點(diǎn)陣振動(dòng)）、表面/界面散射、晶界散射、電離雜質(zhì)散射等[23]。其中，表面散射和晶界散射是金屬薄膜的電學(xué)特性的主要影響因素[24]。Fuchs-Sondheimer（FS）理論和Mayadas-Shatzkes（MS）理論[25-28]是眾多尺寸效應(yīng)理論中最具影響力的理論。O’Connor[29]等利用FS和MS模型推導(dǎo)得出金屬薄膜的表面電阻和厚度的理論關(guān)系曲線，并與實(shí)測(cè)值作對(duì)照，如圖1-3(a)所示，結(jié)果表明：當(dāng)薄膜厚度大于10nm時(shí)，方阻隨厚度的增加而呈現(xiàn)的減小趨勢(shì)不明顯；當(dāng)厚度小于10nm時(shí)，隨膜厚的增加薄膜的方阻發(fā)生顯著降低。Lee等[30]通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)的金屬薄膜方阻變化規(guī)律也符合這一趨勢(shì)，如圖1-3(b)所示。Ag膜小于10nm范圍內(nèi)導(dǎo)電特性大幅優(yōu)化的原因是當(dāng)其厚度小于閾值厚度時(shí)，分散的金屬顆粒無(wú)法提供足夠的導(dǎo)電路徑。但是達(dá)到閾值厚度后，薄膜變得連續(xù)，對(duì)電子的散射明顯減少，方阻Rs迅速降低。圖1-3(a)Ag、Al、Au的表面電阻實(shí)測(cè)值以及FS-MS模型理論值與厚度的關(guān)系圖[20]；(b)BCP

的閾值厚度是獲得低電阻和高透光金屬薄膜的關(guān)鍵。目前主要可以通過(guò)引入氧化物緩沖層、金屬種子層、聚合物分子層以及摻雜等方式獲得閾值厚度較低的超薄金屬膜。引入氧化物緩沖層是改善金屬潤(rùn)濕性能以制備超薄金屬薄膜最普遍的方法[31]，通常以高透明度的導(dǎo)體或半導(dǎo)體作為緩沖層，如ITO、ZnO、MoO3、WO3以及ZnS等。Yun[31]對(duì)比了結(jié)晶態(tài)ZnO和非晶TiO2表面相同厚度Ag薄膜的表面形貌后發(fā)現(xiàn)，易結(jié)晶的ZnO與無(wú)定形的非晶態(tài)TiO2相比，具有較高的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了Ag的潤(rùn)濕效果，使得其表面的Ag團(tuán)簇更容易成膜，如圖1-4。圖1-4Ag在多晶ZnO和非晶態(tài)TiO2上的潤(rùn)濕情況[31]目前隨著對(duì)超薄金屬膜特性的深入研究以及制備方法的逐漸成熟，其綜合性能得到不斷改善，在諸多應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的潛力，然而關(guān)于金屬薄膜的調(diào)控機(jī)制和內(nèi)在作用規(guī)律還有很多有待研究探討的地方，而且金屬的消光系數(shù)高，對(duì)可見(jiàn)光的反射和吸收強(qiáng)，同時(shí)還存在質(zhì)地軟易磨損、暴露在空氣中或在高溫下容易氧化等缺點(diǎn)，金屬薄膜的光電性能及其穩(wěn)定性有待優(yōu)化，甚有進(jìn)一步提升的空間。1.2.2金屬網(wǎng)格雖然超薄金屬膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能，但是其應(yīng)用受限于對(duì)可見(jiàn)光的強(qiáng)反射導(dǎo)致透光性較差的特性，由此人們考慮在高透襯底上制成網(wǎng)格圖案的金屬線，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)保證可見(jiàn)光的透過(guò)，金屬線提供導(dǎo)電性能，由此實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性和高透過(guò)率。此外，金屬網(wǎng)格的各種圖案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不同金屬線寬以及周期數(shù)可以滿足相應(yīng)的導(dǎo)電性和透明性要求。在不改變透過(guò)率的情況下，金屬網(wǎng)格的導(dǎo)電性還可以通過(guò)增大金屬線縱向厚度來(lái)提高。Ulrich[32]首次提出二維金屬網(wǎng)柵的等效電路模型，介紹了薄基底上簡(jiǎn)單正方形

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