超薄掺银 Aluminum 电导透明热可调可见光子器件

具有高电导率和光透射率的功能材料对于热可调自由空间光子系统至关重要。传统透明导体如石墨和铟锡氧化物受限于高接触电阻、机械稳定性差或制造复杂。超薄金属（如纯银）也曾探索，仅获有限成功，因其热不稳定和凝固。本文提出一种超薄 Al 掺银薄膜以解决这些挑战。铝促进银的异构核生长，使可形成连续、光滑薄膜，在降低厚度下保持良好电导率和透射率的同时实现热稳定。我们发现 12nm Al 掺银薄膜在可见光波段平均透射率达 80%，薄膜电阻为 $8.3\pm1.16 \Omega cm^2$。此外，芯片上 Al 掺银微加热器表现出均匀、快速的热响应和稳定的电性能，在低于 400$\deg$C 的温度下可正常工作超过 $10^7$ 次开关循环。作为基准，我们演示了 Ge$_2$Sb$_2$Se$_4$Te (GSST) 和 VO$_2$ 的可逆相变开关。30$\times$30 $\mu$m$^2$ GSST 单元在 2.2V-200ms 和 4.1V-50$\mu$s 脉冲下分别实现完全晶化和无定形化，实现 780nm 处 40% 的透射对比度，功耗比类似器件提高十倍。此外，VO$_2$ 薄膜在约 65{\deg}C 附近表现出可逆绝缘-金属相变，在可见光和近红外波段实现高达 25Hz 的反射率和透射率调制。这些结果将 Al 掺银 established 为集成于动态亚表面、光学涂层等领域的稳健透明金属加热器。