CN109071327A - 包括利用化学计量控制形成的金属岛层的涂覆制品，和/或其制作方法 - Google Patents

包括利用化学计量控制形成的金属岛层的涂覆制品，和/或其制作方法 Download PDF

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Abstract

特定示例实施方式涉及用于改善在基板(例如，玻璃或其他基板)上形成的金属岛层(MIL)的均匀性，和/或与所期待图案的一致性的技术，和/或相关产品。特定的示例实施方式使用激光，或其他能量源，或磁场辅助技术形成MIL，例如，补偿非均匀性，非均匀性可能会导致MIL偏离其所期望的外形。例如，激光或其他能量源可以将热量引到基板上，能够实现脉冲激光沉积，使包括待沉积的MIL金属的目标光栅，使待形成MIL的基板等光栅。上述和/或其他技术，例如，通过对所述基板的隐含的不均匀性进行补偿，和/或根据如何形成MIL而选择性地产生非均匀性，而能够用于使MIL以所期望的图案形成在所述基板上。

Description

包括利用化学计量控制形成的金属岛层的涂覆制品，和/或其 制作方法
发明领域
本发明的特定实施例涉及一种包括金属岛层的涂覆制品，和/或其制作方法。更详细地，本发明的特定实施例涉及用于改进在基板(例如，玻璃或其他透明基板)上形成的金属岛层的均匀性和/或与所期待图案的一致性的技术，和/或相关产品。
背景技术
在一对导电和非导电材料之间的界面(interface)处存在相互作用的电子态，该电子态以不同于批量介电层或金属光学作用的方式与光发生作用。该电子态称为表面等离子激元(surface plasmons)。金属岛层(Metal Island Layers，MIL)为本领域已知技术，并利用表面等离子激元(SP)效应。
MIL通常包括设置在透明基板(例如，玻璃基板)上的所谓的惰性或贵金属的不连续，或连续和间断的层。金通常用作导电贵金属，在不同情况下，也能够使用银、铜，和/或其他金属代替金。惰性或贵金属因其耐用性通常为优选材料，并且因其高导电性而被认为能够产生更强的等离子激元。图1为显示在基板102上的金属岛层104的示意图。所述金属岛106a-106e具有间隔，并且其延伸的部分代表表面等离子激元。
通过使用受控的SP效应，至少在理论上，MIL能够实现新的光学性质，同时避开传统的吸收方法。也就是说，通过形成MIL来创建大的介电/金属区域，从而至少在理论上实现具有高的可调节光学特性的独特的光学效应，这种独特的光学效应，包括例如岛的几何形状，金属岛的光学和导电性质，以及周围介电材料的光学性质。例如，着色通常取决于金属岛的长度、宽度、高度、密度，以及材料的导电性。上述涂覆制品的着色，其对于角度的依赖性相比于使用批量材料形成的涂覆制品趋于更小。
与传统的吸收层相比，上述方法的优势在于利用相对薄层的材料(例如，MIL中的材料)，因此适用于高容量和/或高速的制造工艺，而使用厚的或缓慢沉积的材料时，其成本会极高。
例如，应当理解，至少在理论上，可以通过溅射沉积(sputter deposition)以经济的方式实现吸收相关的效应。在这方面，已知的从连续沉积通量发展的早期阶段的薄膜，是从初始的岛的形成开始一直到渗透极限。岛在渗透极限连接，从而形成互连但半连续的层，直到最终形成连续的层。理论上，使用溅射技术，MIL能够比连续层形成得更快。
遗憾的是，通常，例如通过传统的溅射沉积技术等技术很难控制在基板上的MIL的形成。岛形成的具体性质以及岛的尺寸，是基板温度、基板形态，表面材料和沉积物之间的化学相互作用，以及沉积物质的动能敏感地作用的结果。由于MIL对于表面条件、化学相互作用，能量通量等十分敏感，发明人观察到，特别是当超出实验室规模的尺寸时，所形成的MIL通常不均匀，或者与所期待的图案不同。例如，即使超过4平方英寸的实验室实验，也难以进行缩放(scaling)。
因此，应当理解，需要研发出形成MIL的改进的技术，例如，以快速，低成本的方式制造具有新的光学性质的涂覆制品，并且，所形成的MIL的高度均匀和/或符合所期待的图案。
发明内容
在特定示例实施例中，提供一种制造包括由基板支撑的金属岛的涂覆制品的方法。所述基板包括待涂覆的表面。在待涂覆的所述表面的一个以上区域，对局部表面的化学计量进行改进。作为所述选择性改进的结果，直接或间接地在所述基板的所述表面上形成至少部分地基于所期待的图案的金属岛层。
在特定示例实施例中，提供一种制作包括待涂覆表面的基板的涂覆制品的方法。在待涂覆的所述表面上形成包括多个岛的的层，以制造所述涂覆制品。共同溅射彼此不同的第一和第二目标。使用激光选择性地调节材料的所述溅射，从而，调节在所述表面上发生的化学相互作用，以在所述基板上形成包括岛的所述层。每个所述岛包括金属，并且，所述岛共同产生表面等离子体效应，从而使得所述涂覆制品具有所期待的外观。
并且，还包括通过本文所公开的技术而制备的涂覆制品。
本文所描述的特征、方面、优点，和示例实施例能够进行结合，从而进一步实现其他实施例。
附图说明
参考附图以及下面所详细描述的示例实施例，能够对本发明的特征与优点进行充分地理解。
图1为显示基板上的金属岛层的示意图；
图2为显示根据特定示例实施例的如何对固有的非均匀性进行补偿从而获得所期望的岛的形成的图表。
图3为显示根据特定示例实施例的如何使用激光或其它能量源在基板上印刷热图案，从而影响岛的形成的图表。
图4为显示根据特定示例实施例的如何使用激光、其它能量源，或磁场控制表面化学计量(stoichiometry)，从而影响岛的形成的图表。
图5为显示根据特定示例实施例的如何使用激光、其他能量源，或磁场，以光栅或影响一个或多个目标的方式，控制材料的化学计量，从而影响岛的形成的图表。
图6为显示根据特定示例实施例的在基板上形成金属岛层的过程的流程图。
具体实施方式
特定示例实施例涉及用于改善在基板(例如，玻璃或其他透明基板)上形成的金属岛层(MIL)的均匀性，和/或与所期待图案的一致性的技术，和/或相关产品。特定的示例实施例使用激光，或其他能量源，或磁场辅助技术形成MIL，例如，补偿非均匀性，从而防止MIL偏离其所期望的外形。例如，从下面的描述中可以理解，可以使用激光或其他能量源将热量引到基板上，实现脉冲激光沉积，使包括待沉积的MIL金属的目标光栅化，使待形成MIL的基板和/或类似物光栅化。类似地，磁场可用于产生部分地影响基板上的MIL的形成的局部作用。在这方面，能够利用可调的溅射磁棒实现对于磁场(由此，材料形成)的高度控制，并且可以使用磁棒或其他控制磁场的装置来控制基板的均匀性，从而形成所期望的MIL图案。这些和/或其他技术能够用于使MIL以所期望的图案形成在基板上。
图2为显示根据特定示例实施例的如何对固有的非均匀性进行补偿从而获得所期望的岛的形成的图表。图2中的实线表示所期望的岛的形成。为了实现该示例的目的，岛尺寸D需要在整个基板上保持恒定。图2中的虚线表示固有的不均匀性如何以在所述基板上的位置的方式影响所述岛的尺寸。图2中的点线是虚线的倒转。为了获得所期待的岛尺寸分布(如上所述，在该示例中是均匀的)，对所述MIL形成过程进行控制从而实质上创建由点线表示的轮廓。换句话说，所述虚线表示表面状态、化学相互作用、能量通量，和/或其他不均匀性对岛形成的影响。
如本领域技术人员所理解的，所述MIL的增长可受到形成所述岛的吸附原子的动能、所述基板的温度、沉积材料和所使用的所述基板，和/或目标的化学相互作用，以及表面粗糙度的影响。发明人已经认识到，通常，动能和粗糙度因子通常被MIL形成装置(例如，溅射装置和/或与其一起使用的工艺参数)所控制，或者能够被其控制。因此，特定示例实施例通过主要集中于上述的一个或多个因素和/或其他因素来改善非均匀性和/或与所期望图案的一致性。然而应当理解，额外地，或作为这些非均匀性主要来源的替代，特定示例实施例还能够通过调节动能和/或表面粗糙度寻求对MIL形成影响。
尽管特定示例实施例参考了均匀的MIL层的产生，但是应当理解，在某些情况下所述基板的不同区域的不均匀性能够更加优选。例如，特定示例实施例能够用于模拟着色玻璃，和/或其他颜色控制应用。在这种情况下，可能需要在整个可视区域内形成高度均匀的MIL。作为另一示例，本文所公开的示例技术能够用于创建应用的图案，例如，偏光效果；标牌；光伏、电致变色，或其他电子应用的导电通路；鸟类友好型玻璃(bird friendlyglass)；标志；和/或类似物。在这种情况下，需要在形成MIL的区域和不形成的区域之间形成很强的界限，并且，本文所公开的技术能够用于促进这种相关图案的创建。作为另一个示例，本文所公开的技术可用于帮助控制所述涂层与光以相对于所述基板的入射角的方式的相互作用。在这方面，在一些情况下，本文所公开的所述技术可用于减少角度依赖性(例如，以帮助在所有角度提供相同或实质相同的颜色)，相反，本文所公开的技术能够用于增强角度依赖性(例如，帮助阻挡特定角度的光，例如阳光)。上述效果能够取决于具体的MIL的外观，包括长度、宽度、高度、密度和方向，并且可以使用本文所描述的技术来定制MIL的形成，从而实现这些因素的优选的组合。
作为第一个例子，能够通过激光或其他能量源扫描所述基板，来实现对表面条件，在此例如局部表面温度，岛的几何形状和光学性质进行精密控制。图3为显示根据特定示例实施例的如何使用激光或其它能量源在基板上印刷热图案，从而影响岛的形成的图表。换言之，图3示出了激光或其他能量源强度如何在基板位置上变化(和/或相对于时间)。这允许以激光光斑的位置的方式控制激光强度，从而选择性地对局部温度进行控制。
用于提高温度的激光的类型能够基于，例如，为提供良好的温度控制，它如何与所选择的基板(或基板上的层)相互作用而进行确定。所述激光的焦点尺寸和/或形状以及波长，能够基于此进行选择。同样，能够考虑被加热的所述表面的导热性。例如，被加热的表面的导热性越高，激光的尺寸越精细(越小)从而提供精密的调节。在形成有MIL岛与未形成MIL岛的区域之间具有很明显的轮廓的情况下，可能需要较低导热率的基板和/或层。
作为第二个例子，对化学计量进行局部调整从而影响岛的几何形状和光学性质。例如，局部的表面化学计量能够通过改进所述基板和/或一个或多个先前在其之上形成的层来实现，例如，改进所述基板本身和/或以直接或间接地方式待形成MIL的一个或多个薄膜层。这能够使用激光、离子束，调节磁场(例如，使用可调磁棒和/或类似物)或其他技术来实现。待改进的所述层能够是，例如薄膜层，该薄膜层能够是例如包含硅的层(例如，包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)，用于阻挡钠的迁移，具有光学目的，和/或类似物。包含氧化锌和/或类似物的层也能够用于上述和/或其他类似目的。在特定示例实施例中，能够在所述基板上形成薄的找平层(leveling layer)，起到例如降低表面粗糙度和/或其他不规则性等作用。
替代地或额外地，在形成MIL的期间，激光、离子束或其他技术能够用于对与一个或多个溅射目标相关的化学计量进行局部控制。例如，能够通过激光改进的溅射，离子束辅助的沉积，磁场控制，和/或类似方式实现空间非均匀化学计量。
激光改进的溅射能够用于，例如，当将两种材料X和Y溅射在一起，并且通过两种物质(X和/或Y)中的一种或全部两种的所述溅射的加强激光来调整在所述基板XY的精确的组合的情况。所述材料X和Y能够用来按照期待加强(或降低)所述基板(和/或之上的层)与所述金属岛层之间的化学作用，并由此改进所述金属岛的形成。在特定实施例中，能够使用具有低扩散率的两种不同材料而实现。
图4为显示根据特定示例实施例的如何使用激光、其它能量源，或磁场控制表面化学计量，从而影响岛的形成的图表。图5为显示根据特定示例实施例的如何使用激光、其他能量源，或磁场，以光栅或影响一个或多个目标和/或所述基板本身(和/或之上的层)方式，控制材料的化学计量，从而影响岛的形成的图表。应当理解，对具有待改进的材料的目标的光栅化，通常能够导致沉积更多的这种材料。应当理解，PLD、激光光栅，和/或其他类似技术能够仅与所述MIL金属目标、或与另一种材料、或与所述基板本身、或与所述基板上的层等相关联使用。磁场控制也能够用于控制MIL形成为所期待的图案，例如，能够使用调节棒和/或类似物等来控制磁场。
图6为显示根据特定示例实施例的在基板上形成金属岛层的过程的流程图。在步骤S602中，对待形成所述MIL的基板进行清洗和/或清洁。这可能包括用去离子水冲洗，等离子灰化等。在步骤S604中，能够对所述基板进行预热，例如，在形成MIL之前，对所述基板进行预处理，并去除总体水平上的不均匀性。这能够通过例如包括炉子或其它类似物的均衡(equilibrium-type)加热来实现。所述预热温度优选为高于室温。并且，还优选为低于300℃，更优选为低于250℃。应当了解，温度太低会导致岛的不事宜(例如，太小)的效果，而温度过高可能导致连续的层而无法形成金属岛层，并调节确切的温度。
在步骤S606种，能够使用激光或其他能量源和/或磁场调节技术形成所述MIL。换言之，在特定示例实施例中，在一些情况下能够使用激光或其他能量源和/或受控的磁场以所述材料由所述基板上移除和/或形成于所述基板上，和/或其它类似方式，改变所述表面温度，在形成MIL之前改变在所述基板和/或所述基板本身上提供的材料的化学计量，改变包括MIL金属材料和/或与MIL金属材料共同溅射的材料的目标的化学计量。所述MIL本身能够通过溅射形成，例如，溅射直到所述岛能够优选地形成为所期待的图案的渗透极限或其它所期待的水平。所述岛的大小能够根据应用而存在差异。然而，外径或距离的平均尺寸分布为3-25nm，更优选的外径或距离为5-15nm，并且例如，约10nm(+/-10％或15％)将适合于大多数应用。在其他情况下，根据所期待的效果，外径或距离的平均尺寸分布能够达到约1000nm，此外，外径或距离的平均尺寸分布为100-300nm(+/-10％或15％)是另一个能够广泛用于各种不同应用的示例范围。
如上所述，这些技术能够单独使用，或组合使用，或者以子组合的任意组合进行使用。例如，随着首先改进所述基板(通过温度和/或化学计量)等，这些技术能够串联(in-line)使用。
在步骤S608中能够对所述基板进行后处理。这能够包括，例如，利用外涂层(例如，包含硅的层，例如氧化硅、氮化硅、，氮氧化硅等；包含氧化锆的层；和/或类似物)保护所形成的MIL。它还能够包括切割，表面处理(seeming)，运输，热处理(例如，热强化和/或热回火)等。
应当理解，所述MIL能够成为功能层堆的一部分，例如低辐射涂层，抗反射涂层等。
特定的示例实施例已经结合溅射进行了描述。然而，应当理解，在不同的示例实施例中能够使用其他形式的物理气相沉积。
应当理解，特定示例实施例的所述MIL能够形成为或包括惰性或贵金属的方式，例如钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、汞、铼、铜，和/或金。
尽管在特定示例实施例中包括玻璃基板，但是应当理解，在不同的示例实施例中能够使用不同类型的透明基板。另外，尽管已经描述了特定的应用，但是应当理解，本文所公开的技术能够与各种商用和/或住宅用窗、拱肩，货物、商标牌，电子设备和/或其他应用结合使用。上述应用能够以单片或层压的方式，和/或包括中空玻璃(IG)、真空绝缘玻璃(VIG)，和/或其他类型的单元和/或布置。
本文所使用的术语“热处理(heat treatment)”和“热处理中(heat treating)”是指将制品加热到能够实现玻璃制品的热回火和/或热强化的温度。该定义包括，例如，在烘箱或炉子中，在至少约550℃，更优选为至少约580℃，更优选为至少约600℃，更优选为至少约620℃，最优选为至少约650℃的温度下对所述涂覆制品加热足够的时间，从而实现回火和/或热强化。在特定示例性实施例中，这能够是至少约两分钟，或是10分钟，或是15分钟等。
本文所使用的术语“在...上”，“由...支撑”等，在没有特别言及的情况下，不能被理解为两个元件直接接触。换言之，即使在第一和第二层之间存在一个或多个层，也能够描述为第一层在第二层“之上”或由第二层“支撑”。
在特定实施例中，提供一种制造包括由基板支撑的金属岛层的涂覆制品的方法。所述基板包括待涂覆的表面。在待涂覆的所述表面的一个或多个区域，对局部表面的化学计量进行改进。作为所述选择性改进的结果，直接或间接地在所述基板的所述表面上形成至少部分地基于所期待的图案的金属岛层。
除了上一段所述的特征，在特定示例实施例中，所述所期待的图案是金属岛层的实质上均匀的图案。
除了上两段所述的特征，在特定示例实施例中，所述涂覆制品模拟着色玻璃。
除了上三段所述的特征，在特定示例实施例中，所述选择性改进至少部分地描绘待形成所述金属岛层的第一区域和不形成所述金属岛层的第二区域，所述第一和第二区域符合所需图案。
除了上四段所述的特征，在特定示例实施例中，所述涂覆制品具有由所述金属岛层的表面等离子激元效应产生的，与所述所期待的图案一致的光学可见外观。
除了上五段所述的特征，在特定示例实施例中，将所述基板预加热至高于室温且低于300℃的温度。
除了上六段所述的特征，在特定示例实施例中，所述金属岛层的岛的直径或主要距离的平均尺寸分布为5-15nm或100-300nm。
除了上七段中任一段所述的特征，在特定示例实施例中，所述金属岛层包括由贵金属或惰性金属形成的连续但中断的岛层。
除了上述段落中任一段所述的特征，在特定示例实施例中，所述基板是玻璃基板。
除了上九段所述的特征，在特定示例实施例中，所述选择性改进以在待涂覆的所述表面上扫描激光的方式实现。
除了上10段所述的特征，在特定示例实施例中，溅射目标是所述金属岛层的源金属(source metal)。
除了上11段所述的特征，在特定示例实施例中，形成所述金属岛层以及所述选择性改进，包括，共同溅射彼此不同的第一和第二目标，并且，在所述第一和第二目标中，使用激光对所述第一和第二目标中准确的一个加强材料的溅射。
除了上述段中所述的特征，在特定示例实施例中，使用所述激光加强所述溅射，是提高待涂覆的所述表面和所述金属岛层之间的化学相互作用。
除了上13段所述的特征，在特定示例实施例中，待涂覆的所述表面是所述基板的主表面。
除了上14段所述的特征，在特定示例实施例中，直接或间接地在待涂覆的所述表面上形成薄膜涂层，其中，待涂覆的所述表面是所述薄膜涂层的主表面。
在特定示例实施例中，提供一种制作包括待涂覆表面的基板的涂覆制品的方法。在待涂覆的所述表面上形成包括多个岛的的层，以制造所述涂覆制品。共同溅射彼此不同的第一和第二目标。使用激光选择性地调节材料的所述溅射，从而，调节在所述表面上发生的化学相互作用，以在所述基板上形成包括岛的所述层。每个所述岛包括金属，并且，所述岛共同产生表面等离子体效应，从而使得所述涂覆制品具有所期待的外观。
除了上一段所述的特征，在特定示例实施例中，所述选择性调节，包括，将所述激光准确地集中于所述第一和第二目标中的一个。
除了上一段所述的特征，在特定示例实施例中，所述选择性调节加强集中有所述激光的所述材料的所述溅射。
在特定实施例中，提供一种根据前述18段中任一段所述的方法制造的涂覆制品。
综上，结合优选实施例对本发明进行了说明，但应当理解，本发明并非受限于示例实施例，相反，任何不脱离本发明的权利要求的思想与范围的修改与变更，均属于本发明的范围。

Claims (20)

1.一种制造包括由基板支撑的金属岛层的涂覆制品的方法，所述基板具有待涂覆的表面，所述方法包括：
在待涂覆的所述表面的一个或多个区域，选择性改进局部表面的化学计量；及
作为所述选择性改进的结果，直接或间接地在所述基板的所述表面上形成至少部分地基于所期待的图案的金属岛层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述所期待的图案是金属岛层的实质上均匀的图案。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述涂覆制品模拟着色玻璃。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述选择性改进至少部分地描绘待形成所述金属岛层的第一区域和不形成所述金属岛层的第二区域，所述第一区域和所述第二区域符合所述所期待的图案。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述涂覆制品具有由所述金属岛层的表面等离子激元效应产生的，与所述所期待的图案一致的光学可见外观。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将所述基板预加热至高于室温且低于300℃的温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述金属岛层的岛的直径或主要距离的平均尺寸分布为5-15nm或100-300nm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述金属岛层包括由贵金属或惰性金属形成的连续但中断的岛层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基板是玻璃基板。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述选择性改进以在待涂覆的所述表面上扫描激光的方式实现。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，溅射目标是所述金属岛层的源金属。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成所述金属岛层以及所述选择性改进包括，共同溅射彼此不同的第一和第二目标，并且使用激光对所述第一和第二目标中准确的一个加强材料的溅射。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，使用所述激光加强所述溅射，是提高待涂覆的所述表面和所述金属岛层之间的化学相互作用。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，待涂覆的所述表面是所述基板的主表面。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括直接或间接地在所述基板上形成薄膜涂层，其中，待涂覆的所述表面是所述薄膜涂层的主表面。
16.一种制作包括具有待涂覆表面的基板的涂覆制品的方法，在待涂覆的所述表面上形成包括多个岛的层，以制造所述涂覆制品，所述方法包括：
共同溅射彼此不同的第一和第二目标；及
使用激光选择性调节材料的所述溅射，以调节在所述表面上发生的化学相互作用，以在所述基板上形成包括岛的所述层，
其中，每个所述岛包括金属，所述岛共同产生表面等离子体效应，使得所述涂覆制品具有所期待的光学外观。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述选择性调节包括将所述激光准确地集中于所述第一和第二目标中的一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，
所述选择性调节加强集中有所述激光的所述材料的所述溅射。
19.由权利要求1所述的方法制造的涂覆制品。
20.由权利要求16所述的方法制造的涂覆制品。
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