纳米Ag膜生长和退化机理及其化学稳定性研究

Nano silver film, as a kind of metal material, is widely used in space remote sensing, polarization devices, Low-E glass, and has good optical properties in the visible-near-infrared spectral region. The application of nano silver film is restricted for difficult to accurately obtain the optical constants and poor environment stable. This project is intends to carry out the research about single nanometer continuous thickness silver film, obtain the surface distribution uniformity island and size distribution for continuous thickness film. Monte Carlo method is used to simulate the growth process, optical constants data is obtained by Spectroscopic Ellipsometry. Natural environment place and rapid thermal annealing combined analysis is used to obtain the degradation process of the surface structure, and its optical performance degradation mechanism is analyzed. The different components of Cu-doped silver film are obtained by Co-sputtering method, EMA mixed model is used to analysis the optical constants, and the element of content is obtained by EDS. This project is helpful for the improvement of the sputter deposition stability, understanding the physical mechanism of growth and degradation course, and improving the service life and spectral regulatory capacity.

纳米银膜作为一种航天遥感、偏振器件、节能玻璃中广泛应用的金属材料，在可见-近红外光谱区域有良好的光学特性，但其光学常数难以准确获得和环境稳定较差两方面因素限制其使用。本项目拟对单个纳米连续厚度银膜开展研究，获得连续厚度银膜的小岛面分布均匀性及其尺寸分布。采用蒙特卡罗方法模拟其生长过程，椭偏光度法分析其光学常数。自然放置和快速退火相结合方法分析其表面结构退化过程，分析其光学性能退化机理。采用共溅方式获得不同组分Cu掺杂银膜，采取EMA混合模型分析其光学常数，利用能谱仪分析其元素含量，以求获得长寿命使用的高光学性能纳米银膜。该项目对于保证溅射方法沉积纳米Ag薄膜的稳定性，理清纳米银膜成膜和退化机理有很重要的科学研究价值，能提高所研制的含有纳米层银膜薄膜器件的光谱调控能力和使用寿命。

本课题主要目标是研究银薄膜的生长和退化过程以及其环境稳定性。银薄膜是各类金属/介质透明导电膜系，是可见-红外分色片、含吸收层减反射膜等重要的材料，也是各类表面等离子体器件中的重要材料。薄银膜的生长过程，光学常数准确表征，表面结构及各类光学特性分析及环境稳定性研究等几个方面，是本项目的研究重点。. 2014年开展沉积工艺对Ag膜沉积影响研究。目前已经开展了溅射和热蒸发两种工艺沉积Ag膜，并提出采用热蒸发工艺来制备所需样品。初步开展了厚度小于30纳米银薄膜光学常数测量与分析工作。2015年度采用椭偏数据结合反射或者透射数据拟合光学常数，用VASE软件厚度可靠性分析功能进一步分析厚度数据的可靠性，采用Drude-Lorentz模型描述其光学常数，采用混合介质EMA模型分析其光学常数变化机理。进一步把测试分析方法扩展到铜，铝等其他金属，均获得了好的结果。2016年度获得高稳定性纳米Ag膜沉积方案。根据合金化方案选择了银铝，银铜和银金等几种方案，发现贵金属掺杂的“银金合金膜”是稳定性最好的方案。在此基础上建立了“银金合金膜沉积装置”和“紫外辐照检测装置”，提出了银金合金膜元素百分比。. 该研究项目经过三年执行，目前已经理清了薄银膜的生长过程，建立了薄金属膜光学常数表征的方法。发现了薄银膜作为一种等离子材料，在棱镜耦合下出现光学吸收新现象，提出其作为表面等离子器件潜在新应用。提出了采用“银金合金膜”方案改善银薄膜环境稳定性，并获得好的实验结果。项目负责人以学术论文形式公开发表标注受本项目资助SCI论文3篇。参加国际合作并发表论文1篇，参与多次相关国际学术会议并发表学术论文1篇，申请专利2项。目前发表论文和申请专利数量均已经达到项目计划要求。