Исследования и разработка спектрально-селективных оптически прозрачных материалов радио- и СВЧ диапазонов

Целью проекта является развитие новых подходов к получению прозрачных проводящих покрытий со структурой «оксид/металл/ оксид» и реализация на их основе использование в качестве оптически прозрачных широкополосных радиоэкранирующих и радиопоглощающих структур для диапазона длин волн, соответствующих связи 5-го и 6-го поколения. Объектом исследования на первом этапе являлись тонкоплёночные структуры «оксид/ металл/ оксид» и тонкие композитные плёнки «серебряные нанопроволоки / проводящий полимер» со сплошной и квазисплошной структурой. В ходе выполнения работ первого этапа проводились исследования по получению указанных выше структур, а также экспериментальные и теоретические исследования оптоэлектрических свойств полученных прозрачных проводящих покрытий. В том числе, впервые проведены исследования экранирующих свойств подобных материалов в широком диапазоне частот от 0,01 ГГц до 1 ТГц. В результате исследования впервые была реализована и исследована методика полировочного ионного травления слоя серебра для оптимизации оптоэлектрических свойств структур «оксид/ металл/ оксид», в частности показано, что показатель качества (FoM) для структуры In2O3 (40 нм)/ Ag (13 нм)/ In2O3 (40 нм) возрастает с 297 до 327 при использовании полировочного ионного травления. Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели изготовленных образцов: тонкоплёночная структура In₂O₃/Ag/In₂O₃ с толщиной слоя серебра 17 нм обладает поверхностным сопротивлением 6,4 Ом/кв и прозрачностью 82,6% на длине волны 500 нм, при этом коэффициент экранирования в диапазоне частот 0,01–40 ГГц составляет около 30 дБ и остается равномерным, а среднее значение коэффициента экранирования в диапазоне 0,1–1 ТГц достигает примерно 26 дБ. Эффективность экранирующих свойств тонкоплёночных структур оксид/ металл/ оксид и тонких композитных плёнок серебряные нанопроволоки/ проводящий полимер в широком диапазоне частот от 0,01 ГГц до 1 ТГц, обусловлена сплошной и квазисплошной структурой покрытий, а также низким поверхностным сопротивлением. Также в ходе работ 1 этапа была проведена отработка технологии изготовления прозрачных проводящих покрытий ITO. Было продемонстрировано значительное влияние толщины покрытия, типа подложки, температуры подложки и термической постобработки на оптоэлектрические и морфологические свойства пленок ITO. В частности, было выявлено что увеличение толщины покрытия сопровождается значительными изменениями в морфологии поверхности. Вместо ожидаемого укрупнения зерен, характерного для роста толстых пленок, наблюдалось их уменьшение. Наиболее оптимальным с точки зрения оптоэлектронных характеристик оказался образец толщиной 100 нм после термической обработки. Значение FoM данного образца более чем на 30% превышает показатели образцов других толщин. Данные покрытия могут использоваться как в качестве самодостаточных прозрачных проводящих покрытий для дисплеев, солнечных батарей и других оптоэлектронных устройств, так и в качестве отдельных слоев в составе многослойных и гибридных прозрачных проводящих структур. Прозрачные проводящие покрытия со структурой «оксид/ металл/ оксид» и композитные плёнки «серебряные нанопроволоки/ проводящий полимер» могут применяться в качестве оптически прозрачных экранов СВЧ и ТГЦ диапазонов в метрологии, медицинской технике и связи, а также в качестве лёгких и эффективных рефлекторов радиоволн. Помимо радиофизических приложений данные материалы перспективны, как замена ITO, совместимая с полимерной подложкой, что приоритетно для основных приложений оптоэлектроники, таких как солнечные батареи, светодиоды и сенсорные экраны.