界面工程实现二氧化硅基底超薄银膜的长期稳定性研究

《Theoretical Population Biology》：Interface Engineering to Achieve Long-term Stability of Ultra-thin Silver Film on Silica

本研究发现锌（Zn）种子层及其特定沉积顺序可显著提升石英（SiO2）基底超薄银（Ag）膜的稳定性。通过调控Zn种子层厚度（1-4 nm）与退火工艺，实现了6 nm Ag膜电阻率降低5个数量级，且退火后的Zn种子层使Ag膜在100°C和6个月环境暴露下保持稳定（7 Ω/□）。该技术为太阳能电池、LED及等离激元器件中的透明导电电极（TCE）提供了新方案。

　　

章节亮点

材料

石英基板采购自S.K Novel Materials & Technologies LLP，尺寸为5 cm × 5 cm × 0.1 cm。锌（Zn，纯度99.995%）和银（Ag，纯度99.99%）靶材直径2英寸、厚度0.25英寸，由HHV Advanced Technologies Pvt. Ltd.提供。沉积前，基板依次经丙酮、乙醇清洗，蒸馏水冲洗，并用高纯氮气（N₂，99.999%）干燥。沉积过程在ATS Hind High Vacuum 500 DC磁控溅射系统中进行。

超薄银膜的合成

通过直流（DC）磁控溅射在石英基板上沉积标称厚度为4、6、8和10 nm的银膜，分别在不使用和使用锌种子层（标称厚度1、2、4 nm）的条件下进行。银膜与锌种子层的组合沉积按图2所示序列进行。锌层沉积后退火可探究其对银膜连续性的影响，而整体结构在100°C退火可评估其在操作温度下的稳定性。

结论

本研究证实锌种子层可实现石英基底上超薄银膜在室温以上的稳定性。锌层最小有效厚度取决于银膜厚度，存在最优锌层厚度使银膜方阻显著降低。已连续的银膜方阻在锌种子层存在时变化不大。过厚的锌层会导致方阻回升，说明需精确控制界面结构。退火后的锌种子层更易形成热力学稳定界面，从而提升银膜抗高温氧化和环境老化能力。