磁控溅射制备高透明导电Ag膜及SnO2/Ag/SnO2复合膜的研究

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基于超薄金属膜的TCO/M/TCO三层膜具有较好的透明导电性能,是光电材料领域的研究热点。研究表明,中间金属层对三层膜的透明导电性能的影响显著。因此,本文首先在两种沉积速率(0.065 nm/s和0.75 nm/s)和沉积气氛(Ar、Ar+H2和Ar+N2)下制备了一系列不同厚度的Ag膜;系统研究了沉积速率和沉积气氛对Ag膜结构、表面粗糙度及透明导电性能的影响。随后在对单层Ag膜研究的基础上,制备了SnO2/Ag/SnO2三层膜,探讨Ag层的沉积速率和沉积气氛对三层膜透明导电性能的影响。得到主要结果如下:(1)高沉积速率下制备的Ag膜晶粒尺寸大,结晶性强且表面粗糙度小。与低沉积速率下制备的Ag膜相比,高沉积速率下制备的Ag膜具有更好的导电性能,并且在膜厚较低时也具有更好的透光性,但是当Ag膜厚度较大时,其透光率更低。与在纯Ar气氛下制备的Ag膜相比,在Ar+H2气氛下制备得到的Ag膜具有更大的晶粒尺寸和粗糙的表面;在Ar+N2气氛下制备得到的Ag膜表面更光滑且晶粒细小。综合来看其光电性能,Ag膜在Ar+H2气氛下制备时,其导电性能变化不明显,但是透光性能有明显的下降;Ag膜在Ar+N2气氛下制备时,导电性能稍微下降,但是对透光性能有较大的提升。(2)Ag层的沉积速率和沉积气氛对SnO2/Ag/SnO2三层膜光电性能的影响与其对单层Ag膜光电性能的影响规律大体一致。当Ag层膜厚较低时,Ag层在高速沉积时制备的SnO2/Ag/SnO2三层膜具有更好的透光性和导电性;当Ag层膜厚较高时,Ag层在低速沉积时制备的SnO2/Ag/SnO2三层膜具有更好的透光性。高速和低速沉积Ag层,当其厚度分别为6和8 nm时,SnO2/Ag/SnO2三层膜达到最高的品质因子(分别为3.45×10-2Ω-1和4.73×10-2Ω-1)。Ag层在低速沉积时引入H2会降低SnO2/Ag/SnO2三层膜的光电性能,但是引入N2有利于提升SnO2/Ag/SnO2三层膜的光电性能,它们分别在Ag层厚度为10和15 nm时具有最佳的光电性能,其品质因子分别为2.75×10-2Ω-1和5.13×10-2Ω-1。Ag层在高速沉积时引入N2有利于提升SnO2/Ag/SnO2三层膜的光电性能,在Ag层厚度为8 nm时具有最佳的光电性能,其品质因子为4.84×10-2Ω-1。(3)将SnO2/Ag/SnO2三层膜在85℃干燥和85℃、85%湿度环境下放置两天,结果发现,在85℃干燥环境下,薄膜的性能稳定,而在85℃、85%湿度环境下薄膜性能有明显的下降。将SnO2/Ag/SnO2三层膜进行退火处理,随着退火温度的增加,薄膜光电性能得到提升。其中,Ag层在低沉积速率、Ar+N2气氛下制备的SnO2/Ag/SnO2三层膜在150℃退火后达到最大的品质因子为7.07×10-2Ω-1;当退火温度增加到300℃时,薄膜的光电性能急剧下降。
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