Cu/ITO/Ag多层薄膜的制备、微结构及光电性质表征

摘要

透反射式高电导薄膜是液晶显示器领域重要的电极材料，开发出新型透反射式高电导薄膜已经成为液晶显示器领域中不可或缺的技术。利用高反射、高电导的金属Ag、Cu和透明导电氧化物ITO多层复合可以制备出性能优异的透反射式高电导薄膜Cu/ITO/Ag，因此研究Cu/ITO/Ag多层薄膜将具有重要的研究意义和实用价值。
　　 采用直流磁控溅射在室温条件下分别制备出厚度为5.4、10.7和16.1nm的Cu膜和厚度为10nm的Ag膜。采用MACM18XHF型全自动转靶X射线衍射仪测试了Cu膜和Ag膜的X射线衍射谱；利用S-4800型扫描电子显微镜测量了Cu膜和Ag膜的表面形貌；利用PR0500型三维轮廓仪测量Cu膜和Ag膜的表面粗糙度；通过UV-2550型紫外-可见分光光度计分别测量了Cu膜和Ag膜的透射、反射和吸收光谱；通过RTS-9数字四探针测量了Cu膜和Ag膜的方阻。
　　 然后在Cu膜的基础上采用射频磁控溅射制备出Cu/ITO薄膜，其中ITO薄膜厚度为144nm。由X射线衍射仪测试了ITO薄膜及Cu/ITO薄膜的XRD谱线；通过SEM测试了ITO薄膜及Cu/ITO薄膜的表面形貌；通过三维轮廓仪测试了薄膜的表面粗糙度，通过紫外-可见分光光度计分别测试了薄膜样品的透射、反射和吸收光谱，通过四探针测量了Cu/ITO及ITO膜层的方阻。研究了ITO薄膜结构、表面形貌、表面粗糙度和光电性能随着Cu层厚度变化的关系。
　　 其次在Cu/ITO薄膜的基础上再镀一层10nm的Ag薄膜，形成最终的Cu/ITO/Ag薄膜。分别测试了ITO/Ag；双层薄膜和Cu/ITO/Ag三层薄膜的微结构、表面形貌、表面粗糙度及光电性能。研究了多层薄膜微结构、表面形貌、表面粗糙度和光电性能随着Cu膜厚度变化的关系。
　　 最后通过磁控溅射制备出Ag/ITO/Cu薄膜，并将Cu/ITO/Ag薄膜和Ag/ITO/Cu薄膜光学性能进行了对比。并以效能因子和分光比为基础评价多层透反射式导电薄膜的品质。
　　 结果表明：Cu膜为非晶结构，Ag膜出现微弱的(111)峰。Cu薄膜的表面粗糙度随着Cu膜厚的增加而增加，Cu膜和Ag膜的表而粗糙度都与膜厚接近，主要是由于Cu薄膜和Ag薄膜均为非连续状态，与SEM的结果一致。Cu/ITO双层薄膜及Cu/ITO/Ag三层薄膜的光学性能都受到了Cu薄膜厚度的影响，透射随着底层Cu膜厚度的增加而下降，吸收增加，反射谱线呈现波动，在Cu薄膜厚度为16.1nm时，反射性能表现最强。另外Cu/ITO/Ag三层薄膜比Cu/ITO双层薄膜的透射要低，反射和吸收均有所增加，这主要是由于薄膜总厚度的增加以及Ag具有高反射、高吸收性能。Ag/ITO/Cu薄膜的光学性能和Cu/ITO/Ag薄膜的光学性能对比表明：薄膜的吸收系数与反射率基本一致，Ag/ITO/Cu薄膜透射明显增加，主要是由于表面层的结构不一样导致，表明可以将Ag层放在靠近外部光源的一边，这样可以使得薄膜对背光源的透射率达到最大值。本文的创新点：
　　 1.采用磁控溅射分别制备Cu膜、Ag膜和Cu/ITO薄膜，研究了Cu底层、Ag表层、Cu/ITO薄膜的结构及光电性能。
　　 2.采用直流和射频磁控溅射制备多层Cu/ITO/Ag和Ag/ITO/Cu薄膜，研究多层薄膜的结构和性能随着底层Cu膜的厚度变化的关系，从Cu层的结构和表面粗糙度来分析三层Cu/ITO/Ag薄膜的结构和光电性能。并将Cu/ITO/Ag薄膜与Ag/ITO/Cu薄膜的光学性能进行了对比。
　　 3.利用效能因子和分光比来共同评价Cu/ITO/Ag多层薄膜的品质因素，并最终得出结论：Cu/ITO/Ag薄膜可以作为新型透反射式高电导薄膜应用于未来的显示器领域。