透明導電薄膜在各類電池、平板顯示、低輻射玻璃、電磁屏蔽等領域中都有廣泛的應用。隨著社會的信息化勢頭和光電產(chǎn)業(yè)欣欣向榮的發(fā)展,當前產(chǎn)業(yè)化的摻錫氧化銦（ITO）薄膜逐漸無法滿足上游需求者和下游相關產(chǎn)業(yè)對透明導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)構多層薄膜可以將金屬膜與電介質(zhì)層的優(yōu)勢互補,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)構薄膜可以通過卷對卷沉積技術實現(xiàn)柔性大面積薄膜的制備,應用前景廣泛。但是目前最常用的Ag基多層薄膜由于夾層金屬Ag在長期或高溫下使用時易發(fā)生擴散和氧化而使光電性能明顯劣化,給實際應用帶來諸多限制以及高額的更換修復成本,嚴重影響使用效果。因此在保證薄膜光電性能的同時提高其穩(wěn)定性成為當前研究者關注的熱點。針對以上問題,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原子的擴散和氧化,從而提高薄膜的穩(wěn)定性。本文通過改變金屬及電介質(zhì)的厚度參數(shù),探究結(jié)構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薄膜對應的各介質(zhì)層厚:AZO為45nm,Ni為... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-關于金屬薄膜的透光性能會受到離散納米團簇所引起LSPR的影響這方面已有大量相關研究[19-21]。Lee等[22]分別通過理論模擬與實驗測試得出Ag薄膜的透過率，結(jié)果如圖1-2，對比發(fā)現(xiàn)理論值與實際值相差較大，特別是厚度小于閾值厚度的Ag薄膜實際透過率值在500nm波長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)生原因即薄膜在實際生長中會出現(xiàn)納米團簇與孔隙對特定波長的入射光造成強吸收和散射。圖1-2理論模擬與實驗測試的Ag薄膜透過率[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（點陣振動）、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]是眾多尺寸效應理論中最具影響力的理論。O’Connor[29]等利用FS和MS模型推導得出金屬薄膜的表面電阻和厚度的理論關系曲線，并與實測值作對照，如圖1-3(a)所示，結(jié)果表明：當薄膜厚度大于10nm時，方阻隨厚度的增加而呈現(xiàn)的減小趨勢不明顯；當厚度小于10nm時，隨膜厚的增加薄膜的方阻發(fā)生顯著降低。Lee等[30]通過實驗探究發(fā)現(xiàn)的金屬薄膜方阻變化規(guī)律也符合這一趨勢，如圖1-3(b)所示。Ag膜小于10nm范圍內(nèi)導電特性大幅優(yōu)化的原因是當其厚度小于閾值厚度時，分散的金屬顆粒無法提供足夠的導電路徑。但是達到閾值厚度后，薄膜變得連續(xù)，對電子的散射明顯減少，方阻Rs迅速降低。圖1-3(a)Ag、Al、Au的表面電阻實測值以及FS-MS模型理論值與厚度的關系圖[20]；(b)BCP

的閾值厚度是獲得低電阻和高透光金屬薄膜的關鍵。目前主要可以通過引入氧化物緩沖層、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體或半導體作為緩沖層，如ITO、ZnO、MoO3、WO3以及ZnS等。Yun[31]對比了結(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與無定形的非晶態(tài)TiO2相比，具有較高的穩(wěn)定性，增強了Ag的潤濕效果，使得其表面的Ag團簇更容易成膜，如圖1-4。圖1-4Ag在多晶ZnO和非晶態(tài)TiO2上的潤濕情況[31]目前隨著對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，在諸多應用領域展現(xiàn)出極大的潛力，然而關于金屬薄膜的調(diào)控機制和內(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，對可見光的反射和吸收強，同時還存在質(zhì)地軟易磨損、暴露在空氣中或在高溫下容易氧化等缺點，金屬薄膜的光電性能及其穩(wěn)定性有待優(yōu)化，甚有進一步提升的空間。1.2.2金屬網(wǎng)格雖然超薄金屬膜具有優(yōu)異的電學性能，但是其應用受限于對可見光的強反射導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)構保證可見光的透過，金屬線提供導電性能，由此實現(xiàn)高導電性和高透過率。此外，金屬網(wǎng)格的各種圖案結(jié)構設計、不同金屬線寬以及周期數(shù)可以滿足相應的導電性和透明性要求。在不改變透過率的情況下，金屬網(wǎng)格的導電性還可以通過增大金屬線縱向厚度來提高。Ulrich[32]首次提出二維金屬網(wǎng)柵的等效電路模型，介紹了薄基底上簡單正方形

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本文編號：3341944