金属掺杂银薄膜透明电极制备工艺研究

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金属银薄膜透明电极由于其高透光、高导电及制备工艺简便等优势,在触摸、显示及光伏领域,作为功能组件具有广泛的应用前景。近些年来,随着电子器件的广泛发展,透明电极的需求及性能日益提高,传统的铟锡氧化物(ITO)透明电极具有大尺寸下电流扩展能力不足、制备工艺繁复、易碎及金属铟作为稀有金属价格逐年增加等缺点限制了其进一步发展。然而在众多ITO透明电极替代材料中,导电聚合物、石墨烯、碳纳米管及银纳米线都在导电、透光或者制备工艺方面存在缺点,限制了它们在透明电极中的应用。基于此,本论文将从理论模拟计算和实验制备两个角度详细地研究银薄膜透明电极的表面粗糙机制和光电特性。首先在理论计算阶段,本论文以分子动力学为基础,使用LAMMPS软件在分子、原子层面研究金属银原子在Si O2衬底上的沉积过程和运动机制。理论计算结果显示:铝原子掺杂、衬底温度、薄膜厚度及初始入射速度的定量变化均对银薄膜表面粗糙度有影响,其中少量铝原子掺杂能有效地促进硅氧基上银原子的固定化,有利于形成光滑平整的银薄膜,并具备较好的热稳定性。当衬底温度设置为600K时,银原子和铝原子的最佳入射速度为30?/ps和10?/ps,此时生长的银薄膜表面粗糙度最小。然后在实验制备阶段,本论文使用磁控溅射镀膜机制备出不同初始条件下的银薄膜样品。实验结果显示:铝原子掺杂比例和薄膜厚度的改变均对银薄膜的表面形貌与光电特性有影响,少量铝原子掺杂能有效地改善银薄膜的成膜质量而生成光滑的银薄膜表面,其中厚度为10nm的银薄膜RMS值(R1=3.745nm)明显低于纯银薄膜RMS值(R2=9.096nm),与理论计算阶段的规律相印证。同时厚度为10nm的银薄膜具有优良的导电和透光性能,导电率(方块电阻值)为3.1Ω/sq,透光率最大可达77%。另外,磁控溅射制备工艺简便,能够满足大批量生产银薄膜透明电极的需求。最后本论文研究的金属银薄膜透明电极具备良好的导电和透光性能,原材料获取容易,制备工艺简洁,能够大批量生产,作为一种新型的透明电极材料,具有广阔的发展空间。
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