《Surface and Coatings Technology》：Adhesion at the glass/metal interface probed by Brillouin oscillations in colored picosecond acoustics
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玻璃基底与钼薄膜的附着力通过皮秒声学技术进行非破坏性检测，该技术利用超快激光激发纳米级声波脉冲，结合多波长测量优化精度，有效评估薄膜与基底的界面质量，为柔性电子和空间反射镜等应用提供可靠方法。
阿诺德·德沃斯（Arnaud Devos）
法国巴黎第七大学（IEMN），UMR8520 CNRS，庞加莱大道（Avenue Poincaré）BP 69，59652 Villeneuve d'Ascq
摘要
玻璃是一种常见的材料，已被广泛应用于日常领域。由于其优异的电学、物理和化学性能，以及作为低成本解决方案的潜力，它在电子元件领域引起了极大的关注。将薄金属膜附着在玻璃上尤为重要，因为这种结合方式可以拓展玻璃在许多工业领域的应用范围。目前已经开发出了多种方法来评估薄膜与基底的粘附性能。其中，声波（尤其是超高频声波）对粘附缺陷非常敏感：在粘附质量较差的界面处，声波的反射率远高于预期，从而传递的声波量大大减少。在本研究中，我们利用皮秒声学技术来测量金属膜的厚度以及金属膜与玻璃基底之间的声波传输系数。皮秒声学是一种基于纳米级脉冲回波技术的超快激光技术。通过在不同波长下进行测量，我们可以检测到光声响应中的细微变化，从而提高测量的准确性。所展示的方法论可以很容易地应用于任何包含金属膜与透明基底的组合结构中，这为柔性电子器件和太空镜等领域的应用提供了可能性。
引言
许多技术产品都涉及到在玻璃或其他透明基底上沉积一层薄金属膜，例如平板显示器、薄膜太阳能电池板、高反射率镜面以及光学存储设备[[1], [2], [3], [4]]。对于某些应用而言，金属膜的厚度可达数百纳米，并且会受到较大应力，因此直接沉积在玻璃上会面临粘附问题。一个典型的例子是某些类型的薄膜太阳能电池（尤其是铜铟镓硒（CIGS）电池）中的背电极。钼（Mo）因其低电阻率（从而减少了电能损失）和能够承受制造过程中的高温而被广泛用于这一用途[[5]]。如果不经过处理或添加粘附层，钼直接附着在玻璃上的效果往往不够理想，因为缺乏与玻璃的直接结合。在许多应用中，会使用中间层或表面处理来改善钼与玻璃基底之间的粘附性能[[6], [7], [8], [9]]。
已经有多种方法被开发出来用于评估薄膜与基底的粘附情况，例如剥离测试、起泡测试或划痕测试[[10], [11], [12], [13]]。声波（尤其是超高频声波）对粘附缺陷非常敏感，因为这些缺陷会影响声波在界面处的传播和反射。在粘附质量较差的界面处，反射的声波远多于预期，因此传递的声波量大大减少[[14]]。
在本研究中，我们采用皮秒声学技术（Picosecond Acoustics, PA）来测量钼薄膜与玻璃基底之间的金属膜厚度及声波传输系数。皮秒声学是一种基于纳米级脉冲回波技术的超快激光方法：首先使用飞秒光脉冲激发样品内的声波脉冲，随后通过另一个光脉冲监测声波的传播及其反射情况。作为一种完全非破坏性的光学技术，皮秒声学能够提供高精度的测量结果[[15], [16], [17], [18], [19], [20]]。
样本描述
在本研究中，我们测试了两个样本（#1和#2），两者都由溅射在钠钙玻璃晶圆上的600纳米厚的钼膜组成。样本#2在制备过程中经过了额外的处理：对其表面进行了紫外线臭氧处理，以增强钼膜的粘附性能。这种处理改变了玻璃表面的性质，提高了表面能，从而改善了钼膜的润湿性和粘附性。
从玻璃一侧进行的测量
我们对每个样本从玻璃一侧进行了皮秒声学测量，结果如图1所示。激光束穿过透明基底，在玻璃与钼的界面处（即泵浦激光被吸收的位置）产生声波。泵浦能量首先被金属电子吸收，导致在最初的几皮秒内产生快速响应；随后电子将能量传递给晶格，引起局部加热。
结论
总之，我们展示了如何有效地利用皮秒声学技术来表征镀膜玻璃晶圆。从玻璃一侧观察时，当从金属膜发出的声波部分传递到基底时，我们可以检测到布里渊振荡（Brillouin oscillation）。这种振荡在粘附性能更好的样本中更为明显。这种方法为测试玻璃与金属之间的界面提供了简便快捷的方式，既可用于比较不同样本，也可用于分析特定区域的粘附情况。
CRediT作者贡献声明
阿诺德·德沃斯（Arnaud Devos）：负责撰写原始稿件、数据可视化、结果验证、软件开发、项目管理、实验设计、数据分析、理论分析以及概念构建。
未引用的参考文献
[24]
利益冲突声明
作者声明：他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
