基于硒化铋的红外透明导电薄膜研究
发布时间：2021-11-10 15:15
红外透明导电薄膜是指同时具备高的电导率和高的红外透射率的一类功能薄膜,可以应用于红外光学窗口、红外成像、红外瓦斯检测仪等军事、传感领域。目前应用最为广泛的红外透明导电材料是氧化铟锡（In2O3:Sn,ITO）,其具有2000S/cm以上的高电导率,并且在35μm的中红外波段的透射率约为50%,能够基本满足中红外波段透明导电的需求。但是由于ITO的载流子浓度较高,在812μm的远红外波段的透射率迅速下降为零,其性能并不能够满足远红外透明与导电的需求。因此,研究者们致力于开发各种新型的红外透明导电材料,以同时满足中远红外透明导电的需求。但是目前还存在以下问题:（1）目前研究最为广泛的红外透明导电材料的设计思路并不能够同时满足中远红外透明导电的应用需求。红外透明和导电从物理起源上存在一定的矛盾,研究者们为了协调这一矛盾,普遍采用的方法是对宽带隙半导体进行掺杂,但是这种方法会导致薄膜中的载流子浓度偏高,从而导致远红外波段的透射率降低,无法同时实现中远红外透明。（2）以硒化铋为代表的三维拓扑绝缘体,由于其独特...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超薄Cr、Ni膜与退火前后的ITO薄膜的中远红外透射率对比图[17]
第一章绪论3然而过薄的金属薄膜在实际制备过程中很难生长成连续膜，容易岛状沉积，导致薄膜具有很高的电阻率，并引发光的散射。此外，超薄的金属膜层在实际应用中的耐久性差，容易发生氧化或腐蚀从而失效。因此研究者们利用氧化物/金属/氧化物的组合方式，形成D/M/D结构以防止失效。Ellmer[18]比较了不同透明导电薄膜的品质因子随着厚度d变化的关系，如图1.2所示。由于超薄金属中存在着明显的与厚度相关的透明性和导电性之间的竞争，超薄金属膜的品质因数低于透明导电氧化物电极。然而，基于D/M/D系统的透明超薄金属膜具有优异的品质因数实验值，可与ITO膜相媲美。图1.2透明导电材料的品质因数和透射率[18]Fig.1.2FigureofmeritΦHandtransmittanceToftransparentconductivematerials[18]1.2.2金属网栅Ulrich[19]在1967年从理论上和实验上对薄金属网（thinmetalmesh）的光学特性进行了研究，并研究了其互补结构的滤波特性，至此金属网栅引起了研究者们的关注，并开始被应用于红外透明导电的相关领域。众所周知，金属网栅的光学透明性和导电性取决于材料组成、纵横比、接触电阻以及衬底上的金属纳米线的取向[20]。同时，金属网栅具有无接触或可忽略的接触电阻，可编程的长宽比以及基板上导线的图案（如图1.3所示）等吸引人的特征，最近在透明电极的应用方面受到了越来越多的关注。实际上，在微电子领
吉林大学硕士学位论文4域的飞速发展的推动下，人们已经能够将光刻技术和物理气相沉积技术相结合来制造金属网栅。从干涉光曝光或直接激光写入获得的图案化光刻胶掩模或模板已用于沉积金属网，而大量金属，例如Ag，Cu，Au，Al，Ni，Pt，Pd，Ti等则可以选择进行物理气相沉积，以满足不同的要求[21-25]。在通过有机溶剂去除基材上的光致抗蚀剂后，可以在固体基材上实现金属丝网。同时，金属网栅也可以通过化学蚀刻被图案化的光致抗蚀剂覆盖的金属膜来实现[26,27]。用于将金属网栅转印到图案化的柔性衬底上的纳米压印光刻技术也得到了发展，这种技术通过在模板背面施加适当的压力，可将图案化的软模板上的金属丝网转移到固体或柔性基材上，而该模板则可以由金属膜直接冲压而成或通过物理气相沉积涂覆得到[28-31]。图1.3具有不同几何形状和长宽比的金属网格示意图：（a）线形，（b）金字塔，（c）网格，（d）砖墙，（e）蜂窝，（f）圆形[32]Fig.1.3Schematicmetalmeshwithdifferentgeometriesandaspectratios:(a)lines,(b)pyramids,(c)grids,(d)brick-walls,(e)honeycomband(f)circularshape[32]Lee等人[32]对比了金属网栅、金属纳米线、石墨烯、碳纳米管导电聚合物以及商用的ITO玻璃的性能（主要是导电性能）和成本，结果如图1.4所示。从图中可以看出金属网栅具有高的导电性以及成本竞争力，是商用ITO玻璃在透明
【参考文献】：
期刊论文
[1]调谐半导体激光光谱分时扫描多路方法[J]. 陈东,刘文清,张玉钧. 光子学报. 2009(08)
本文编号：3487512
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超薄Cr、Ni膜与退火前后的ITO薄膜的中远红外透射率对比图[17]
第一章绪论3然而过薄的金属薄膜在实际制备过程中很难生长成连续膜，容易岛状沉积，导致薄膜具有很高的电阻率，并引发光的散射。此外，超薄的金属膜层在实际应用中的耐久性差，容易发生氧化或腐蚀从而失效。因此研究者们利用氧化物/金属/氧化物的组合方式，形成D/M/D结构以防止失效。Ellmer[18]比较了不同透明导电薄膜的品质因子随着厚度d变化的关系，如图1.2所示。由于超薄金属中存在着明显的与厚度相关的透明性和导电性之间的竞争，超薄金属膜的品质因数低于透明导电氧化物电极。然而，基于D/M/D系统的透明超薄金属膜具有优异的品质因数实验值，可与ITO膜相媲美。图1.2透明导电材料的品质因数和透射率[18]Fig.1.2FigureofmeritΦHandtransmittanceToftransparentconductivematerials[18]1.2.2金属网栅Ulrich[19]在1967年从理论上和实验上对薄金属网（thinmetalmesh）的光学特性进行了研究，并研究了其互补结构的滤波特性，至此金属网栅引起了研究者们的关注，并开始被应用于红外透明导电的相关领域。众所周知，金属网栅的光学透明性和导电性取决于材料组成、纵横比、接触电阻以及衬底上的金属纳米线的取向[20]。同时，金属网栅具有无接触或可忽略的接触电阻，可编程的长宽比以及基板上导线的图案（如图1.3所示）等吸引人的特征，最近在透明电极的应用方面受到了越来越多的关注。实际上，在微电子领
吉林大学硕士学位论文4域的飞速发展的推动下，人们已经能够将光刻技术和物理气相沉积技术相结合来制造金属网栅。从干涉光曝光或直接激光写入获得的图案化光刻胶掩模或模板已用于沉积金属网，而大量金属，例如Ag，Cu，Au，Al，Ni，Pt，Pd，Ti等则可以选择进行物理气相沉积，以满足不同的要求[21-25]。在通过有机溶剂去除基材上的光致抗蚀剂后，可以在固体基材上实现金属丝网。同时，金属网栅也可以通过化学蚀刻被图案化的光致抗蚀剂覆盖的金属膜来实现[26,27]。用于将金属网栅转印到图案化的柔性衬底上的纳米压印光刻技术也得到了发展，这种技术通过在模板背面施加适当的压力，可将图案化的软模板上的金属丝网转移到固体或柔性基材上，而该模板则可以由金属膜直接冲压而成或通过物理气相沉积涂覆得到[28-31]。图1.3具有不同几何形状和长宽比的金属网格示意图：（a）线形，（b）金字塔，（c）网格，（d）砖墙，（e）蜂窝，（f）圆形[32]Fig.1.3Schematicmetalmeshwithdifferentgeometriesandaspectratios:(a)lines,(b)pyramids,(c)grids,(d)brick-walls,(e)honeycomband(f)circularshape[32]Lee等人[32]对比了金属网栅、金属纳米线、石墨烯、碳纳米管导电聚合物以及商用的ITO玻璃的性能（主要是导电性能）和成本，结果如图1.4所示。从图中可以看出金属网栅具有高的导电性以及成本竞争力，是商用ITO玻璃在透明
【参考文献】：
期刊论文
[1]调谐半导体激光光谱分时扫描多路方法[J]. 陈东,刘文清,张玉钧. 光子学报. 2009(08)
本文编号：3487512
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