1 作者

王赫岩，何江海，任英正，刘欢，金义斌，张怡蕾，陆振刚，谭久彬

2 机构

哈尔滨工业大学

3 Citation

Wang H Y, He J H, Ren Y Z, Liu H, Jin Y B, Zhang Y L, Lu Z G, Tan J B. 2026. Conformal ultra-thin, ultra-uniform metal films fabricated on non-planar substrates for advanced optoelectronics. Int. J. Extrem. Manuf. 8 035503.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae3651

1 文章导读

透明导电薄膜在光电子器件领域备受关注，但如何在大曲率曲面基底上制备高性能透明导电薄膜仍是一大难题。

近期，哈尔滨工业大学的王赫岩、陆振刚等人突破性提出一种工艺方法，实现了大面积大曲率曲面基底上的超薄（≤10.0 nm）超均匀（±0.5 nm）金属薄膜等透明导电薄膜的制造，相关成果以“Conformal ultra-thin, ultra-uniform metal films fabricated on non-planar substrates for advanced optoelectronics”为题发表在《极端制造（英文）》（International Journal of Extreme Manufacturing，IJEM）上。

2 图文解析

本研究的创新之处在于提出了一种基于共掺杂溅射和运动轨迹耦合的多角度共速拟合沉积方法，建立了多角度共速拟合沉积模型，通过不同溅射角度下的不均匀沉积的线性叠加实现均匀沉积，如图1所示，并成功在直径为100 mm的半球罩上制备了厚度为10.0 nm共形铝掺杂超薄银膜（均匀性±0.5 nm）和6.7 nm的拱形率掺杂铜薄膜（均匀性±0.3 nm），如图3(b)，(c)和图6(a)所示。

图1 共形超薄金属薄膜制造方法。

研究团队研究了金属铝在超薄银膜和超薄铜膜生长过程中的掺杂机理，即降低基底表面势能和原子迁移率，同时分析了不同溅射角度下的曲面沉积速率分布情况，如图2所示。此外，研究团队分别表征了共形超薄金属薄膜的厚度、表面形貌、元素含量和晶体结构的均匀性，如图3和图4所示，均表现出了良好的均匀性。研究团队还利用TEM测试验证了超薄金属薄膜的厚度、晶体结构和元素分布情况，如图5所示。多角度共速拟合沉积方法所制备的共形铝掺杂银薄膜在不同天顶角下的可见光透过率＞76%，平均方阻为12.2Ω·sq^-1，共形铝掺杂铜薄膜在不同天顶角下的可见光透过率＞71%，平均方阻为32.1Ω·sq^-1，如图6所示。最后，研究团队将制备的透明导电薄膜应用到了曲面透明电磁屏蔽器件（复合膜系结构可见光波段透过率88%，方阻8.1Ω·sq^-1）、曲面装饰结构色器件和防紫外除雾护目镜中，如图7所示。

图2 共形超薄金属薄膜的生长机理和曲面厚度分布。

图3 共形超薄金属薄膜的厚度和形貌均匀性表征。

图4 共形超薄金属薄膜的元素含量和晶体结构分析。

图5 TEM验证共形超薄金属薄膜的厚度和掺杂机制。

图6 共形超薄金属薄膜的光电性能。

图7 共形超薄金属薄膜在曲面光电器件中的应用。

3 总结与展望

本研究创新性地提出了一种可在非平面基底上实现共形、超薄且超均匀金属膜沉积的策略，同时可拓展到复合膜系，制备光电性能优异的共形透明导电薄膜。展望未来，该方法具有高度的通用性，通过优化拟合曲线，可扩展至具有其他复杂几何形状的基底，在三维光电器件的制备中有良好的应用潜力和广阔的应用前景。这一研究成果将为下一代曲面光电器件如智能眼镜和智能窗的发展提供一种切实可行的制备方法。

4 作者与团队简介

王赫岩

哈尔滨工业大学

王赫岩，教授，博士生导师，哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所。主要研究方向：超精密测量特种光学器件，包含微纳米功能器件电磁调控方法与加工制造、智能化超构器件（微波/太赫兹/光学）设计及应用。围绕此方向在IJEM、Advanced Science、Photonics Research等期刊发表SCI论文32篇，授权发明专利20项，美国专利1项。主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家科技重大专项子课题、国家自然科学基金面上项目、黑龙江省自然科学基金青年项目B类等。入选中国科协青年人才托举工程，获中国仪器仪表学会科学技术发明一等奖、金国藩青年学子奖、全国优秀博士学位论文提名（仪器科学与技术学科）等奖励。

何江海

哈尔滨工业大学

何江海，哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院超精密光电仪器工程研究所博士研究生，研究方向为曲面超薄金属薄膜的加工方法和应用，现已发表SCI论文2篇。

陆振刚

哈尔滨工业大学

陆振刚，教授，博士生导师，哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院副院长。主要研究方向为微纳光学器件设计、制造和检测。作为项目负责人，先后承担国家级项目子课题、部委基础研究计划、国家自然科学等项目10余项。申请国家发明专利52项、美国专利2项。以第一作者/通讯作者在International Journal of Extreme Manufacturing、Advanced Science、Engineering、Nano Letters、Light: Advanced Manufacturing、Research、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces、Applied Physics Letters、IEEE TMTT、IEEE TIM、Optics Letters、Optics Express等本学科领域国际期刊发表论文50余篇。

关于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing (《极端制造》），简称IJEM，中国机械工程学会极端制造分会会刊，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。JCR最新影响因子25.1，位列工程/制造学科领域第一。期刊分区表工程技术1区，TOP期刊。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

期刊网址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep

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