在復合層內擴散金屬顆粒的方法技術

本發明專利技術涉及擴散金屬顆粒的方法，所述金屬顆粒包含在先前沉積在基底上的復合層中，所述復合層還包含至少一種介電基質。根據該方法，所述金屬顆粒向著所述基底的擴散通過等離子體處理來進行。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及在復合層中擴散金屬顆粒的方法，所述復合層包含介電基質和所述金屬顆粒。本專利技術的應用領域尤其包括微電子、光電、光學、催化、傳感器。
技術介紹
包含金屬顆粒且特別是金屬納米顆粒的薄層或基質具有特定于其結構和組成的特性。根據一些案例，復合層因而可能具有例如電、催化、光、或磁性能。為了預見各種應用，尤其是在上述領域中的應用，控制含有金屬顆粒的薄層結構對預期最終性質是重要的。例如，復合層可具有表面等離子體共振效應而增強光吸收，從而影響光電池的效率。因此，復合層的特性明顯需要加以控制。這種復合層可通過在基底上復合沉積的方法而獲得。沉積通常根據本領域的技術人員已知的技術即濕法(浸潰、溶膠-凝膠)或干法(PVD、CVD)進行。PVD是通過在真空中蒸發的物理氣相沉積，而CVD是化學氣相沉積。由此得到的復合層根據所使用的制備方式可以具有均勻的或多層的結構。當基質和金屬顆粒同時沉積時，顆粒嵌入基質中，小比例的所述顆粒顯露在基質表面上。這樣的沉積是均勻的，尤其是在整個薄膜或層的厚度上。然而，當沉積在數個不同的連續步驟中進行時，則獲得多層結構。在這樣的結構，也被稱為“夾層”結構中，基質的沉積和金屬粒子的沉積是順序執行的。因此，如果最后的層是基質沉積物，金屬顆粒在基質中可以被隔離。雖然這兩種方法彼此相當地不同，且由此獲得的沉積物各自具有其自身的特性，但是金屬顆粒在兩種情形中均可發展(evolve)。它們可在成形過程中改變大小和形狀并擴散。因此，復合層結構和由此它的性質的控制變得非常隨機，特別是在可重復性方面。確立了復合層的后處理能夠修改或者控制顆粒形狀、大小和分布。因此，控制復合層的最終特性和性質變得可能。現有技術中包含數個實現后處理的解決方案。Pivin等已經表明金屬納米顆粒的形狀和大小可通過離子福照而調整(“Competing processes ofclustering and mixing ofnoble metal film embedded in silica under ionirradiation，，，J. C. Pivin, G. Rizza,Thin Solid Films，366 卷，第 284-293 頁，2000)。Teening等描述了通過共派射制備納米復合材料層TaN-Ag。銀納米顆粒的生長通過退火(annealing)而控制(“快速熱退火”)(“Microstructural analysis andmechanical properties of TaN-Agnanocomposite，，，C. C. Tseng, J. H. Hsieh, S. C. Jang,Y. Y. Chang, ff. ffu, Thin Solid Films, 517 卷，第 4970-4974 頁，2009)。由Sangpour等研究了通過共派射沉積的復合材料的SiO2-Ag-Au膜在400°C至800°C之間退火后的表面等離子體光學吸收(“The effect ofAu/Ag ratios on surfacecomposition and optical properties of co-sputteredalIoy nanoparticles inAu-Ag-SiO2 thin film，，，P. Sangpour, 0. Akhavan, A. Z. Moshfegh, Journal of Alloys andCompounds, 486卷,第22-28頁,2009)。已觀察到退火導致金屬元素的擴散,通過光學吸收檢測到金屬納米顆粒的形成。此外，Wang等描述了在氙燈下沉積在GeS上的銀顆粒的光致擴散(“Photodiffusion of silver in germanium-sulfur compounds studied byAFM,nano indentation and RBS methods，，，R. Wang, J. H. Horton, PhysicalChemistry ChemicalPhysics，5卷，第4335-4342頁，2003)。然而，該文沒有提及納米顆粒的存在。本專利技術特別涉及在環境溫度和減壓下在復合層中的金屬顆粒的擴散方法，使得能夠控制由金屬顆粒和介電基質形成的復合層的結構。
技術實現思路
專利技術人已開發了一種能使得金屬顆粒擴散的方法，其中對先前沉積在基底上的復合層進行后處理。后處理步驟使得能夠控制金屬顆粒的擴散。術語“擴散”是用來表明至少一種金屬物質在基質中或向基底傳送的任意機制。更具體地，本專利技術涉及用于包含在先前沉積在基底上的復合層中的金屬顆粒擴散的方法，所述復合層還包含至少一種介電基質，其中所述金屬顆粒向所述基底的擴散通過等離子體處理而完成。換句話說，本專利技術特別包含在覆蓋至少一種基質/金屬顆粒沉積物的基底附近使用等離子體以控制金屬顆粒在基質中或向基底的擴散。因此，由于金屬顆粒的表面等離子體共振，根據本專利技術的方法能夠控制光學吸收的強度。因此，本專利技術的主要目的是在包含沉積層的基底附近使用等離子體以使金屬顆粒從復合層擴散至基底。 基底主要用作對擴散的阻擋層。正如已經指出的，復合層可通過如下方法制備-同時沉積金屬顆粒和介電基質；或-順序沉積至少一種介電基質和金屬顆粒。在第一種情形中，基質和金屬顆粒同時沉積，顆粒埋置在介電基質中，小比例的顆粒顯露在基質表面。這種沉積是均勻的，尤其是在整個薄膜或層的厚度上。當沉積層通過順序沉積介電基質和金屬顆粒而制備時，沉積在數個不同的連續步驟中進行。從而獲得多層結構，又被稱為“夾層”結構。如果最終層由介電基質沉積產生，則在基質中的金屬顆粒可被隔離。有利的是，通過被稱為低溫等離子體的等離子體法進行等離子體處理，且更有利的是仍在接近或在環境溫度下的低溫等離子體的效果。在等離子體中不引入本質上分解的化學前體也是必要的。一般來說，等離子體處理有利地在15°C至45°C之間進行。因此，根據本專利技術的方法具有可適用于各種性質的基底，特別是熱敏基底的優點。典型地，根據本專利技術的金屬顆粒擴散方法中使用的等離子體包括至少一種氣體，其優選選自氦氣、氬氣、氙氣或這些氣體的混合物。當然，溫度和壓力條件，以及形成等離子體的氣體的性質根據情況進行調整。例如，本領域技術人員可容易地根據使用的氣體調節壓力。在氦氣的情形下，反應器的壓力典型地為約26Pa。在一個非常具體的實施方案中，等離子體處理可在如下條件下進行-在PECVD反應器中，-利用氦氣，-具有在O至2.45GHz的頻率，優選在IOkHz至450kHz之間，-持續I秒至60分鐘之間的時間段，優選地在15秒至15分鐘之間，-加在陰極的功率在O.Olff/cm2至10W/cm2之間，特別是在O. Olff/cm2至lW/cm2之間，-在15°C至45°C的溫度范圍之間。有利的是，等離子體可通過DC、低頻、RF、麗或ECR電源而產生。一般而言，復合層根據本領域技術人員已知的技術而形成，可以通過濕法(浸潰、溶膠-凝膠)或干法(PVD、CVD)，且更有利地通過PVD。 僅需明確PVD是真空蒸發沉積而CVD是化學氣相沉積。基質和金屬顆粒的同時沉積提供了均勻的復合層，而基質和金屬顆粒在不同的連續步驟中的沉積提供了夾層本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.02 FR 10543111.一種擴散金屬顆粒的方法，所述金屬顆粒包含在先前沉積在基底上的復合層中，所述復合層還包含至少一種介電基質，其中所述金屬顆粒向所述基底的擴散通過等離子體處理而實現。2.如權利要求1所述的金屬顆粒擴散方法，其特征在于所述等離子體處理通過被稱為低溫等離子體的等離子體而實現，有利的是通過環境溫度下的低溫等離子體而實現。3.如權利要求1和2中任一項所述的金屬顆粒擴散方法，其特征在于所述等離子體包含選自氦氣、氬氣、氙氣、或這些氣體的混合物的至少一種氣體。4.如上述權利要求中任一項所述的金屬顆粒擴散方法，其特征在于所述金屬顆粒是選自銀、銅、金、鈦、鉻、鉭或這些金屬的混合物的金屬的顆粒。5.如上述權利要求中任一項所述的金屬顆粒擴散方法，其特征在于所述復合層通過如下方法制備 -同時沉積金屬顆粒和介電基質；或 -順序沉積至少一種介電基質和金屬顆粒。6.如上述權利要求中任一項所述的金屬顆粒擴散方法，其特征在于所述介電基質是通過濕法(浸潰、溶膠-凝膠)或干法(PVD、CVD...

【專利技術屬性】
技術研發人員：勞倫特·比德爾，西里爾·凱龍，米歇爾·茹夫，弗朗西斯·莫里，艾蒂安·凱內爾，
申請(專利權)人：原子能與替代能源委員會，
類型：
國別省市：