低辐射薄膜中Ag层前后介质对膜层电学性能的影响_周枫.pdf

22全国性建材科技期刊玻璃2023年第4期总第379期Influence of Dielectric before and afterAg Layer on Electrical Properties of Low-E Film（Xinyi Glass（Wuhu）Company Limited,Wuhu 241000,China）低辐射薄膜中Ag层前后介质对膜层电学性能的影响（信义节能玻璃（芜湖）有限公司芜湖241000）摘要银在低辐射镀膜玻璃中起着举足轻重的作用，银层的生长质量也决定了低辐射镀膜玻璃产品电学性能的差异。通过研究银层前后材料，在保证银层厚度不变的前提下研究材料变化对膜层整体电学性能的影响，从而反应银层生长质量的好坏。结果表明，结构为ZnSnO/ZnO/Ag/ZnO/ZnSnO时，其膜层的电学性质最为优异。关键词低辐射镀膜玻璃；银层生长；电学性质中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10031987（2023）04002204周枫ZHOU FengAbstract:Silver plays an important role in Low-E coated glass,and the growth quality of silver layer also determines the difference of electrical properties of Low-E coated glass products.By studying the materials before and after the Ag layer,the effect of material changes on the overall electrical properties of the film is studied under the premise of keeping the thickness of the Ag layer unchanged,so as to reflect the quality of the growth of the Ag layer.The results show that when the structure is ZnSnO/ZnO/Ag/ZnO/ZnSnO,the electrical properties of the film are the best.Key Words:Low-E coated glass,silver layer growth,electrical properties作者简介：周枫（1986-），男，硕士研究生，主要研究真空磁控溅射工艺生产及研发大面积镀膜玻璃产品。Vapor Deposition，PVD）方法生产的一种镀膜玻璃，其对4.525 m红外线有较高的反射比，极大地降低了玻璃表面的辐射率，玻璃辐射率从0.84降1低至0.15以下。随着“双碳”战略的实施，为加快降低碳排放步伐，建筑节能也受到越来越多的关注。玻璃作为建筑外围护结构也是受到了更多的关注，人们从关注颜色逐渐也开始关注其热工性能。玻璃的热工性能主要通过两个参数来表低辐射镀膜玻璃是使用物理气相沉积（Physical0引言征，即传热系数和遮阳系数，而两者均是玻璃对太阳能辐射中波长为0.7825 m的红外辐射的反射、吸收和透射能力的表现，而这种能力的大小不只与低辐射镀膜玻璃中银层的厚度有关，还与其生长质量有着密不可分的联系，而银层的生长质量则可以通过测量霍尔效应来进行评估。氧化锌等材料作为种子层可以适当地将银层的渗透极限减低，有利于银层光滑地生长，减少缺陷的产23生，已经被镀膜玻璃生产企业所认可。周枫也提到氧化锌作为银层的种子层，且当厚度大于4 nm时，银膜可连续生长，并且可减少生长中产23研究与综述表3薄膜3沉积参数生的缺陷。银层前后两层介质材料是否对银层的生长有帮助则是本文重点研究内容。1.1薄膜制备采用磁控溅射的方法在玻璃基底上分别镀制薄膜1至薄膜4，薄膜沉积参数如表1表4所示，-4 腔室的本底真空度为610 Pa，工作气压保持在-1（26）10 Pa范围内。四种薄膜的银层厚度总和固定为10 nm，以避免因银层厚度不同而导致的电学性质的变化。改变银层前后12层材料，观察膜层的电学性质并以此判断银层质量的好坏。为了降低其他材料对实验结果的影响，已将SiAl和NiCr的厚度进行固定，作为保护材料而不作为主体材料分析。1实验薄膜1的主体结构为Ag；薄膜2的主体结构为ZnO/Ag/ZnO；薄膜3的主体结构为ZnSnO/ZnO/Ag/ZnO/ZnSnO；薄膜4是将银层均分为两层，主体结构为ZnO/Ag/ZnO，与薄膜2的主体结构相同。表1薄膜1沉积参数表2薄膜2沉积参数1111/气体比例/工艺气体ArArN2ArN2ArAr直流中频直流/中频直流直流中频1012201230膜厚/nmNiCrAgSiAlNiCrSiAl靶材1膜层顺序5234/气体比例3711/1137工艺气体ArN2ArN2ArO2ArArO2Ar中频中频直流中频中频直流/中频直流510膜厚/nm10123051020NiCrSiAlSiAlAg靶材ZnAlZnAl51324膜层顺序628/28/37气体比例371111ArO2ArArO2ArN2ArO2ArArO2工艺气体ArN2直流/中频中频中频直流中频中频直流中频中频1012膜厚/nm10510510302010NiCrZnSnSiAl靶材ZnSnZnAlAgZnAlSiAl1膜层顺序5234678表4薄膜4沉积参数气体比例37/11/11/3737工艺气体ArN2ArO2ArArArO2ArArN2ArArO2直流/中频中频中频直流直流中频中频中频直流直流551012膜厚/nm20306080125510ZnAl靶材AgSiAlNiCrZnAlAgNiCrZnAlSiAl膜层顺序1274863592结果与讨论1.2性能测试采用林赛斯HCS1型霍尔效应测试仪对薄膜电学性质进行测量，测试温度为2426，电流为10 mA，磁感应强度为00.63 T。采用Spectrum Two 傅立叶红外光谱仪对薄膜辐射率进行测量。辐射率是指衡量物体表面以辐射的形式释放能量相对强弱的能力，与其在波长范围4.525 m的远红外线反射能力有直接关系。迁移率则是表征单位磁场强度下电子平均漂移的速度，也可理解为是用于衡量电荷载体在物质内的移动是24全国性建材科技期刊玻璃2023年第4期总第379期图3面载流子浓度变化虽然电导率和面载流子浓度均可以反应导体材料导电能力的好坏，但从物理定义上讲，电导率是受载流子浓度和迁移率的影响。根据银层前后材料的不同镀制的四种薄膜，对其钢化前后的辐射率、迁移率、面载流子浓度、电导率进行测量，结果如图1图4所示。否顺畅。载流子浓度直接决定着半导体材料的导电能力，本研究使用这个参数旨在分析银层的导电能力，并观察条件不同是否对银层的导电能力有影响。电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，电导率越大，导体的导电性能就越好。图1辐射率变化图2迁移率变化 对图2进行分析。对比薄膜1、2、3，钢化前银被ZnO包覆生长可有助于薄膜迁移率的提升，通过对图1图4钢化前后的数据对比分析，除了薄膜1、2的面载流子浓度参数是钢化前优于钢化后，其余所有所测量数据均为钢化后优于钢化前，说明钢化可以有效地减少银层的生长缺陷，使薄膜的电学及热力学性质更优秀。对图1进行分析。对比薄膜1、2、3，无论钢化前后，银被ZnO包覆生长可有效降低薄膜的辐射率；对比薄膜2、3，银层的前后2层材料均可影响薄膜的辐射率，且ZnSnO+ZnO的效果要优于ZnO；对比薄膜2、4，无论钢化前后，双层银的辐射率均不如单层银。图4电导率变化25研究与综述通过采用磁控溅射的方法在玻璃基板上镀制复合膜，在复合膜中固定银层总厚度单独研究银层前后介质对膜层电学性质的影响。相同包覆层的前提下，单层银的电学性质要优于双层银，并且ZnSnO+ZnO两种材料包覆生长的薄膜电学性质表现要明显优于ZnO包覆生长的薄膜，即主体结构为ZnSnO/ZnO/Ag/ZnO/ZnSnO时，其膜层的电学性质最为优异。1全国建筑用玻璃标准化技术委员会.GB/T 18915.22013,镀膜玻璃第2部分:低辐射镀膜玻璃S.北京:中国标准出版社,2014.参考文献响，ZnSnO+ZnO两种材料包覆生长的薄膜优于ZnO包覆生长的薄膜。银层单独生长的薄膜仅在钢化前的载流子浓度指标中表现优异，其余均不如被氧化物包覆生长的薄膜。银层总厚度相同的情况下，对比同样为ZnO包覆生长的薄膜，一层银的热力学及电学性质优于双层银。3周枫.薄膜中ZnO/Ag的相对厚度对电学性能的影响J.玻璃,2021（8）:47-50.2汉斯琼彻格雷瑟.大面积玻璃镀膜M.上海:上海交通大学出版社,2006.3结论但钢化后迁移率不如银层单独生长的薄膜；对比薄膜2、3，银层的前后2层材料均可影响薄膜的迁移率，且ZnSnO+ZnO的效果要优于ZnO；对比薄膜2、4，无论钢化前后，双层银的迁移率均不如单层银。对图4进行分析。对比薄膜1、2、3，无论钢化前后，银生长在ZnO上可有效提升薄膜的电导率；对比薄膜2、3，银层的前后2层材料均可影响薄膜的电导率，且ZnSnO+ZnO的效果要优于ZnO；对比薄膜2、4，无论钢化前后，双层银的电导率均不如单层银。对图3进行分析。对比薄膜1、2、3，钢化前银层厚度相同，无论是否有氧化物包覆生长，载流子浓度差异不大，但钢化后，银层被ZnO包覆生长的薄膜相对银层单独生长的薄膜，载流子浓度有了极大的提升，并且没有生长在ZnO上的薄膜钢化后相比于钢化前，载流子浓度下降明显；对比薄膜2、3，无论钢化前后，载流子浓度差异均不大；对比薄膜2、4，无论钢化前后，载流子浓度差异均不大。银层前后2层材料对薄膜的电学性质均有影对图1图4的数据综合分析来看，钢化对玻璃的电学性质有着积极的影响。