書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：超薄金屬透明電極

編號：JFKJ-21-490

作者：炬豐科技

超薄金屬薄膜的定義

? “薄膜科學(xué)”的起源可以追溯到 1852 年 Grove的觀察，他指出金屬薄膜是通過陰極濺射高能正離子而形成的。從那時起，它走過了漫長的道路，今天它已成為一門成熟的學(xué)科，并產(chǎn)生了許多工業(yè)和家用產(chǎn)品。由于金屬薄膜在電子、光學(xué)、航空、空間科學(xué)防御和其他幾個行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，金屬薄膜的研究出現(xiàn)了驚人的增長，就像它們的對應(yīng)介電薄膜一樣。這些研究以有源器件和無源元件的形式出現(xiàn)了許多發(fā)明，例如壓電器件、傳感器元件、太陽能存儲及其向其他形式的轉(zhuǎn)換、反射和抗反射涂層等。

沉積方法和設(shè)備

? 現(xiàn)有的薄膜沉積技術(shù)主要基于物理氣相沉積 (PVD) 工藝：其中最流行的是濺射和熱蒸發(fā)，但脈沖激光燒蝕也越來越重要。無論使用哪種技術(shù)，由于雜質(zhì)和污染物的重要性，使用 PVD 的薄膜沉積依賴于超高。

?成長機制

? 薄膜生長由三個不同的步驟組成：成核，然后是聚結(jié)，最后是厚度增長。在薄膜形成的早期階段，足夠數(shù)量的蒸氣原子或分子凝結(jié)并在基材上建立永久駐留。許多這樣的電影誕生事件發(fā)生在這個所謂的成核階段。在成核階段，觀察到小但高度移動的簇或島的均勻分布。在這個階段，先前的原子核結(jié)合了撞擊原子或分子和亞臨界簇，并且在島密度迅速飽和的同時尺寸增大。下一階段涉及通過聚結(jié)現(xiàn)象合并島嶼。聚結(jié)降低了島密度，導(dǎo)致基底局部剝蝕，在此可以發(fā)生進一步的成核。持續(xù)的合并導(dǎo)致連接網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其間有未填充的通道。隨著進一步沉積，通道填充并收縮，留下孤立的空隙。最后，即使是空隙也完全填滿，薄膜被認為是連續(xù)的。

表面分析

? 分析 UTMF 的表面形態(tài)提供了有關(guān)薄膜結(jié)構(gòu)特性的信息以及對電學(xué)和光學(xué)性能的見解。當(dāng)從大塊薄膜過渡到薄膜時，表面結(jié)構(gòu)在確定 UTMF 的特性方面變得更加重要。特別是，表面形態(tài)顯著影響電傳導(dǎo)。不導(dǎo)電的薄膜可能由于不連續(xù)性而產(chǎn)生于足夠粗糙的表面。因此，在處理 UTMF 時，與層的厚度相比，沉積的薄膜保持光滑是非常重要的。如果 UTMF 是連續(xù)的，那么基板的表面粗糙度必須小于要沉積的 UTMF 的厚度，這已經(jīng)很直觀了。

靈活性分析

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? 分析壓力下 UTMF 的特性可提供有關(guān)薄膜穩(wěn)健程度的信息。隨著技術(shù)現(xiàn)在轉(zhuǎn)向具有柔性 OLED、OPV 和顯示器的柔性電子產(chǎn)品，TE 在彎曲時保持其特性非常重要。TE 特性的變化會導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短或完全失效。為了研究沉積的 UTMF 的柔韌性，開發(fā)了如圖 2.5 所示的設(shè)置。要分析的薄膜沉積在 1 x 1 英寸的柔性基材上（通常為聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 。

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電氣分析

? 本節(jié)描述了 UTMF 的導(dǎo)電特性。根據(jù)定義，電阻率或電導(dǎo)率等固有特性應(yīng)該是恒定的，并且與給定的大塊材料的尺寸無關(guān)。然而，這不適用于薄膜。當(dāng)薄膜厚度與物理現(xiàn)象的特征長度尺度相當(dāng)時，內(nèi)在特性會受到所謂的尺寸效應(yīng) 的影響。一旦薄膜厚度與介質(zhì)中的電子平均自由程相當(dāng)，電導(dǎo)率就會受到尺寸限制的影響。在 UTMF 的情況下，發(fā)現(xiàn)其電阻率遠高于相應(yīng)的塊狀金屬的電阻率，并且隨著薄膜厚度的增加而降低，最終達到通常接近塊狀金屬的值。

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光學(xué)分析

? 為了在不同應(yīng)用中成為具有競爭力的 TE，UTMF 應(yīng)在光譜的可見光區(qū)域保持最小的光損耗。此外，還有一些應(yīng)用受益于非常廣泛的透明光譜，例如紫外線 (UV) 和紅外線 (IR) 檢測器，它們的工作波長在可見光范圍之外。通常，材料對光輻射的響應(yīng)取決于其電子能帶結(jié)構(gòu)。在金屬中，光學(xué)特性主要取決于導(dǎo)帶的貢獻，即自由電子氣體的貢獻，在某些情況下還取決于帶內(nèi)躍遷。只要自由電子的弛豫時間遠短于電磁波的周期，金屬就會表現(xiàn)出強吸收和高反射率。

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