超平坦掺铝银薄膜的生长与特性研究

发布时间：2020-05-12 15:22

【摘要】：银薄膜由于其拥有良好的导电性和在可见光和红外光波段内较低的损耗等特点,已经成为了现代工业及其重要的材料,在许多光电子器件中发挥着重要的作用。但是由于银与常见基片材料(如硅和二氧化硅)的浸润性很差,导致在这些基片上生长出来的银薄膜的粗糙度很高,热稳定性也不好。这些缺陷阻碍了银材料的良好性能的发挥,因此,为了突破银材料在光电器件上的限制,如何改善银薄膜的质量一直是研究的热点。本文通过真空热蒸发的手段,经过合理的掺杂,成功生长出了表面平整,热稳定性好的掺铝银薄膜。本文从多个角度对制备出来的不同厚度与掺杂浓度的掺铝银薄膜进行了分析,观察其厚度与掺杂浓度对表面形貌的影响,并与我们制备出的纯银薄膜进行对比。得到的主要结论有:掺铝银薄膜的表面粗糙度要远低于纯银薄膜,在铝的掺杂浓度为5%-25%的范围内,随着掺杂浓度的增加,掺铝银薄膜的粗糙度将会减小。并且在厚度为5nm-100nm范围内,掺铝银薄膜的表面粗糙度随着厚度的增加几乎没有改变。在热稳定性方面,掺铝银薄膜的表现也优于纯银薄膜,掺铝银薄膜在30分钟的热处理后表面形貌仍未发生明显变化,而纯银薄膜在经过30分钟热处理后发生了很强的凝聚现象。但是,在抗氧化性方面,掺铝银薄膜中的铝更容易在空气中氧化,导致表面析出许多小颗粒。我们采用了在薄膜的表面适当的镀一层铝的方法,有效的改善了抗氧化性不理想这一问题。在分析了掺铝银薄膜与纯银薄膜表面粗糙度和热稳定性不同的原因之后,本文认为,铝的掺入增加了薄膜生长初期的成核密度,并且在生长过程中促进了银的逐层生长,使得两者的生长模式不同,最终导致了它们粗糙度的不同。另外,本文通过有效介质理论对掺铝银薄膜的光学常数进行了计算,并与实验结果进行了对比。我们得出了结论,随着铝的掺杂浓度的增加,掺铝银薄膜在可见光波段的吸收增强。
【图文】：

图１－１薄膜生长的基本过程逡逑．２．１成核阶段逡逑从蒸发源或溅射源发射出的原子、分子，在到达基底表面后，一部分不与基底表面发逡逑能量交换，直接被反射回去，一部分与基底表面发生能量交换而被吸附。这些被吸附的逡逑子，有的仍然具有很高的能量，在基底表面进行短暂的停留或者扩散后，再次蒸发；有逡逑的凭借剩余下来的能量在基底表面沿不同方向进行扩散，在扩散过程中不断发生碰撞，最逡逑终凝结下来，停留在基板表面。逡逑凝结在基底表面的原子，互相碰撞形成一个个原子对或者小原子团。这些原子对或者逡逑原子团由于有着较高的表面能，因此并不稳定，有可能会释放一个单原子原子而变小，逡逑有可能与一个吸附在基底表面的原子相结合而长大。随着这个过程不断进行，原子团有逡逑一

图１－２薄膜非自发成核时的示意图逡逑由于薄膜的沉积过程一般都是非自发成核过程，，薄膜材料由气相转变为固相，一般都逡逑不会形成一个球形的固相核心，若是考虑气相薄膜材料在基底上形成一个如图１－２所示的逡逑固相核心时，系统的自由能变化量为：逡逑ＡＧ邋＝邋＜７，２广４逦（１－４）逡逑式中，ｈ是薄膜材料的表面能，ｈ是基底的表面能，／是薄膜材料与基底之间的界面能，逡逑３逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TN15

【参考文献】

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1 李芬;朱颖;李刘合;卢求元;朱剑豪;;磁控溅射技术及其发展[J];真空电子技术;2011年03期

2 何玉平,吴桂芳,李爱侠,孙兆奇;不同厚度溅射Ag膜的微结构及光学常数研究[J];光学学报;2002年06期

本文编号：2660424