一种超薄金属膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种超薄金属膜的制备方法，包括如下步骤：提供靶金属及衬底，在所述衬底的表面沉积对所述靶金属具有浸润性的缓冲层，其中所述靶金属为以三维岛状模式生长的金属；获取所述靶金属在所述衬底上刚好形成完整连续薄膜的厚度阈值，使用薄膜沉积方法在所述衬底表面沉积一层厚度大于或等于厚度阈值的靶金属膜；在高真空状态下，采用离子束斜角刻蚀方法将惰性气体离子束以一定角度刻蚀所述靶金属膜表面，使所述靶金属膜表面的金属原子逸出，反向减薄至厚度小于厚度阈值，完成超薄金属膜的制备。本发明专利技术的超薄金属膜的制备方法可以制备厚度小于成膜厚度阈值的超薄金属膜。本发明专利技术还提供一种超薄金属膜及其应用。发明专利技术还提供一种超薄金属膜及其应用。发明专利技术还提供一种超薄金属膜及其应用。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄金属膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及超薄金属膜
，具体涉及一种超薄金属膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在光电产业中，氧化铟锡(ITO)一直作为透明电极材料被广泛应用于显示屏、光伏电池等光电器件中，然而，氧化铟锡(ITO)本质上是脆性的，不耐弯折，不适用于柔性显示屏等柔性器件中，而超薄金属膜因其有着高的透明度、高的导电性、高的柔性成为了传统氧化铟锡(ITO)透明电极的有希望的替代者。
[0003]相关技术中，超薄金属膜通常采用薄膜沉积技术直接沉积在衬底表面，金属在衬底上通常以三维岛状模式(Vomler
‑
Weber模式)生长，在沉积的厚度未达到厚度阈值之前，沉积的金属粒子呈颗粒状分散在衬底上，形成多个不连续的岛状结构，无法形成完整连续的金属薄膜，即通过薄膜沉积技术无法得到厚度小于厚度阈值的连续完整金属薄膜。因此，实有必要提供一种超薄金属膜及其制备方法和应用以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是在于提供一种超薄金属膜及其制备方法和应用，通过预先沉积厚度大于或等于厚度阈值的靶金属膜，然后再通过刻蚀的方式对靶金属膜进行反向削减，可以得到厚度小于厚度阈值的靶金属膜。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种超薄金属膜的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：提供靶金属及衬底，在所述衬底的表面沉积对所述靶金属具有浸润性的缓冲层，其中所述靶金属为以三维岛状模式生长的金属；
[0008]S2：获取所述靶金属在所述衬底上刚好形成完整连续薄膜的厚度阈值，使用薄膜沉积方法在所述衬底表面沉积一层厚度大于或等于厚度阈值的靶金属膜；
[0009]S3：在高真空状态下，采用离子束斜角刻蚀方法将惰性气体离子束以一定角度刻蚀所述靶金属膜表面，使所述靶金属膜表面的金属原子逸出，反向减薄至厚度小于厚度阈值，完成超薄金属膜的制备。
[0010]优选的，所述靶金属为金、银、铜、铝或是各自的合金；所述衬底采用硅、氧化硅、石英、玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺材料制成；所述缓冲层的材料为二氧化钛、氧化锌或硫化锌。
[0011]优选的，所述步骤S2中靶金属的沉积厚度D1与厚度阈值D0的关系为：0纳米≤D1－D0≤20纳米。
[0012]优选的，所述惰性气体离子束的中轴线与所述衬底表面的夹角小于或等于45
°
，所述惰性气体离子束的轰击面积大于所述衬底表面的面积，
[0013]优选的，所述惰性气体离子束中的惰性气体选择为氩气、氦气、氖气、氪气或氙气。
[0014]优选的，在所述惰性气体离子束刻蚀过程中，所述衬底沿其中轴线均匀旋转，驱动所述靶金属膜均匀旋转。
[0015]优选的，所述步骤S2中“薄膜沉积方法”选自离子束溅射沉积、热蒸发沉积、电子束蒸发沉积或磁控溅射沉积中的一种。
[0016]优选的，所述步骤S2中“薄膜沉积方法”为离子束溅射沉积，其与步骤S3中的“离子束斜角刻蚀方法”共用一台离子束溅射设备。
[0017]本专利技术还提供一种超薄金属膜，采用上述的制备方法制备而成，所述超薄金属膜的厚度小于等于15纳米，表面均方根粗糙度为0.2
‑
0.5纳米，所述超薄金属膜对550纳米光的透光率不低于30％。
[0018]本专利技术还提供一种超薄金属膜的应用，所述超薄金属膜采用上述的制备方法制备而成，所述超薄金属膜应用于光电器件中的透明电极。
[0019]与相关技术相比，本专利技术提供的一种超薄金属膜的制备方法，通过先沉积后刻蚀的方式，可以制备厚度低于厚度阈值的超薄金属膜，将其应用于光电器件中的透明电极，可以在保证导电性的同时，获得良好的透光性及柔性。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
[0021]图1为本专利技术提供的一种超薄金属膜的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合本申请的附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0023]请结合参阅图1，本专利技术提供一种超薄金属膜的制备方法，包括如下步骤：
[0024]S1：提供靶金属及衬底，在所述衬底的表面沉积对所述靶金属具有浸润性的缓冲层，其中所述靶金属为以三维岛状模式生长的金属。
[0025]所述靶金属在衬底表面沉积成膜过程中，主要存在两个阶段：
[0026]第一阶段：岛状生长模式阶段，由于所述靶金属与所述衬底之间的浸润性较弱，到达所述衬底表面的靶金属原子就会更倾向于自己相互键合起来，而不容易与衬底原子相键合，于是所述靶金属原子首先在衬底表面上凝聚成无数个孤立的小核，进而形成三维的岛；
[0027]第二阶段：成膜阶段，随着靶金属的继续沉积，三维岛状结构持续扩大，相邻两个岛之间的间隙减小，并逐渐被靶金属原子填积，形成连续完整的金属膜。
[0028]优选的，所述靶金属为金、银、铜、铝或是各自的合金；所述衬底采用硅、氧化硅、石英、玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺材料制成；所述缓冲层的材料为二氧化钛、氧化锌或硫化锌。
[0029]S2：获取所述靶金属在所述衬底上刚好形成完整连续薄膜的厚度阈值，使用薄膜
沉积方法在所述衬底表面沉积一层厚度大于或等于厚度阈值的靶金属膜。
[0030]靶金属在所述衬底上刚好形成完整连续薄膜的厚度阈值D0可以通过经验值获取，也可以通过多次的试验进行测得。对所述衬底进行降温处理，并且设置与所述靶金属具有更好浸润性的缓冲层来细化金属晶粒，可以减小靶金属原子在所述衬底表面的迁移扩散，降低所述靶金属的厚度阈值D0。
[0031]以银为例，使用热蒸发沉积方法在硅衬底上沉积金属银膜时，厚度阈值为15纳米，即厚度生长到15纳米左右时才能形成完整连续的薄膜，低于这个厚度时，薄膜表现为颗粒状或者孔洞。
[0032]所述薄膜沉积方法采用离子束溅射沉积方法、热蒸发沉积方法、电子束蒸发沉积方法或磁控溅射沉积方法。优选的，所述薄膜沉积方法选择为离子束溅射沉积方法，离子束溅射沉积方法各向同性更好，在后续的刻蚀工艺中，靶金属膜越是呈现非晶态越有利于刻蚀得到均匀的超薄金属膜，这是因为没有明显晶型和晶向的靶金属膜在刻蚀时可以得到各向同性的刻蚀速率和均匀性，有利于制备更均匀的超薄金属膜。进一步的，所述步骤S2采用的“离子束溅射沉积方法”与步骤S3中的“离子束斜角刻蚀方法”共用一台离子束溅射设备，所述离子束溅射设备包括两个离子源，其中一个离子源用于执行步骤S2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄金属膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：提供靶金属及衬底，在所述衬底的表面沉积对所述靶金属具有浸润性的缓冲层，其中所述靶金属为以三维岛状模式生长的金属；S2：获取所述靶金属在所述衬底上刚好形成完整连续薄膜的厚度阈值，使用薄膜沉积方法在所述衬底表面沉积一层厚度大于或等于厚度阈值的靶金属膜；S3：在高真空状态下，采用离子束斜角刻蚀方法将惰性气体离子束以一定角度刻蚀所述靶金属膜表面，使所述靶金属膜表面的金属原子逸出，反向减薄至厚度小于厚度阈值，完成超薄金属膜的制备。2.根据权利要求1所述的超薄金属膜的制备方法，其特征在于，所述靶金属为金、银、铜、铝或是各自的合金；所述衬底采用硅、氧化硅、石英、玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺材料制成；所述缓冲层的材料为二氧化钛、氧化锌或硫化锌。3.根据权利要求1所述的超薄金属膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中靶金属的沉积厚度D1与厚度阈值D0的关系为：0纳米≤D1－D0≤20纳米。4.根据权利要求1所述的超薄金属膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体离子束的中轴线与所述衬底表面的夹角小于或等于45
°
，所述惰性气体离子束的轰击面积大于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马东旭，陈艺勤，段辉高，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：