具有传输微波信号并反射红外线信号的金属层的窗的制作方法

具有传输微波信号并反射红外线信号的金属层的窗
1.相关申请的交叉参考
2.本技术根据35u.s.c.
§
119要求2019年4月10日提交的美国临时专利申请第62/831,839号的优先权权益，该临时申请全文内容以引用方式并入本文中。
技术领域
3.大体而言，本发明涉及窗结构实施方式和相关制造及使用方法实施方式，其中窗结构配置成传输微波信号并反射(例如排除)红外线信号。更具体而言，本发明涉及包括玻璃层和金属层的窗结构，其中金属层形成于玻璃层上，使金属层配置成传输频率为28吉赫至60吉赫的信号并进一步配置成反射具有红外线频率的信号。
4.背景
5.近来窗设计革新是使窗具有更高能源效率。窗可具有单片玻璃(例如窗格)或多片玻璃。每片可包括单层玻璃或用黏着剂附接的多层玻璃。现代窗的能量效率通常是藉由使用低热发射率涂层(也称作低e涂层)覆盖至少一片的表面及/或使用具有较小导热率的惰性气体填充片间空间而提高。各低e涂层管控入射涂层的电磁(em)辐射。
6.低e涂层通常为金属。例如，银常用作低e涂层。相应地，除了为提高能量效率而阻挡红外频率外，低e涂层一般还反射用于蜂窝通信的频率。低e涂层可使频率大于1.0吉赫(ghz)的微波衰减至多40分贝(db)。建筑材料通常容许3g和4g蜂窝系统所用频率0.6ghz至2.7ghz通过且衰减相当低。故3g和4g频率遭窗的低e涂层衰减传统上并非大问题。然而，相同建筑材料通常会使6ghz至100ghz的频率范围大幅衰减(例如在某些情况下接近100％)。因此，随着5g系统崛起，具有低e涂层的传统窗反射微波频率已成为更迫切的问题。
7.概述
8.本文描述各种窗结构，窗结构配置成包括传输微波信号并反射(例如排除)红外线信号的金属层。微波信号是频率在微波频率谱(也称作微波频谱)的信号。微波频谱从300兆赫(mhz)延续到300ghz。红外线信号是频率在红外线频率谱(也称作红外线频谱)的信号。红外线频谱从300ghz延续到430太赫(thz)。金属层可为或不为不连续金属层。不连续金属层是这样的金属层，即电气不连续金属层及/或物理不连续金属层。因此，不连续金属层的直流(dc)导电率极小。
9.物理不连续金属层是包括多个金属部的金属层，金属部为平面布置，使得在平面内，金属部在金属层的相对侧间不形成金属连续路径。例如，在平面内，金属部在金属层的任意两个相对侧间不形成连续金属路径。在另一实例中，任意一个或更多个(例如所有)金属部不直接物理接触任何其他金属部。不直接物理接触任何其他金属部的金属部在此定义为金属岛结构。例如，金属岛结构与其他金属部可由非金属物质隔开，例如气体(例如空气、稀有气体、氢或氮)。
10.电气不连续金属层是这样的金属层，其中就至少部分微波频谱而言，一条或更多条边界抑制电子从金属层的第一侧流到金属层的第二相对侧。在一实例中，金属层包括金属岛结构，且各金属岛结构与金属层的其他金属岛结构电气绝缘。根据此实例，金属岛结构
间的间隙构成边界而抑制电子流向相邻金属岛结构。另根据此实例，各金属岛结构可导电；然而，金属层整体的dc导电率实质小于单个金属岛结构的dc导电率，因为金属岛结构与其他金属岛结构电气绝缘。在另一实例中，金属层的化学组成可使金属层变成电气不连续。
11.第一示例性窗结构包含玻璃层和金属层。金属层形成于玻璃层上。金属层配置成传输频率为28吉赫至60吉赫的信号并进一步配置成反射具有红外线频率的信号。
12.第二示例性窗结构包含玻璃基板和不连续金属层。不连续金属层配置成反射红外线波长。不连续金属层包含金属岛结构，金属岛结构具有厚度和横向尺寸并设置成邻接玻璃基板。金属岛结构的厚度为1纳米至7纳米。金属岛结构的横向尺寸平均为至少15纳米。
13.在制造窗结构的示例性方法中，提供玻璃层。金属层形成于玻璃层上。形成金属层包括将金属层配置成传输频率28吉赫至60吉赫的信号并反射具有红外线频率的信号。
14.在使用窗结构的示例性方法中，窗结构具有玻璃层和形成在玻璃层上的金属层，具有红外线频率的红外线信号在金属层中被接收。频率为28吉赫至60吉赫的微波信号在金属层中被接收。至少部分基于金属层的构造，将微波信号传输通过金属层。至少部分基于金属层的构造，使红外线信号自金属层反射。
15.提供本“概述”以简介精选概念，这将进一步详述于下文实施方式。本“概述”不是为了标识请求保护的主题的关键特征或必要特征，也无意用于限制请求保护的主题的范围。再者，应注意本发明不限于“详细描述”及/或本文其他章节所述特定实施方式。本文所呈现的实施方式仅为说明之用。基于本文所含教导，相关领域技术人员将明白附加实施方式。
16.附图简要说明
17.附图并入本文并构成说明书的一部分，用以说明本发明的实施方式，且和说明书一起进一步用于解释所涉原理，让相关领域技术人员能制造及使用所述技术。
18.图1是根据本发明的一个或更多个实施方式，具有微波传输(mw传输)红外线反射(ir反射)金属层的示例性窗结构截面。
19.图2图示根据本发明的一个或更多个实施方式，相对于蚀刻时间的示例性元素浓度，其可用于制造窗结构。
20.图3是根据本发明的一个或更多个实施方式，图1所示mw传输ir反射金属层的曲线图，包括透射率与反射率相对于波长的示例性图线。
21.图4是根据本发明的一个或更多个实施方式，三个具各自温度的不同黑体的曲线图，包括光谱强度相对波长的示例性图线。
22.图5是根据本发明的一个或更多个实施方式，微波信号通过各种结构的曲线图，包括损耗相对于频率的示例性图线。
23.图6是根据本发明的一个或更多个实施方式，无低e涂层的窗和具金属膜低e涂层的窗的曲线图，包括传输损耗相对于频率的示例性图线。
24.图7是根据本发明的一个或更多个实施方式，发生晶界散射的金属膜示意图。
25.图8是根据本发明的一个或更多个实施方式，发生表面粗糙散射的金属膜示意图。
26.图9是根据本发明的一个或更多个实施方式，未退火金属膜的电阻率相对于厚度的示例性图线。
27.图10是根据本发明的一个或更多个实施方式，已退火金属膜的电阻率相对于厚度
的示例性图线。
28.图11图示根据本发明的一个或更多个实施方式，分别具有30nm和5nm厚度的银膜的透射率、反射率和吸收率相对于频率的示例性图线。
29.图12a图示根据本发明的一个或更多个实施方式，具mw传输ir反射金属层的窗结构的行为表现。
30.图12b图示根据本发明的一个或更多个实施方式，具低e金属膜的窗结构的行为表现。
31.图13图示根据本发明的一个或更多个实施方式，不连续金属层的透射率、反射率和吸收率相对金属面填充分数的示例性图线。
32.图14a至图14c是根据本发明的一个或更多个实施方式，分别具有4nm、7nm与10nm厚度的不连续金层的示例性sem图。
33.图15是根据本发明的一个或更多个实施方式，不连续金层的静电导电率相对于金属面填充分数的示例性图线。
34.图16图示根据本发明的一个或更多个实施方式，金膜和包括金岛结构的金层的导电率相对于频率的图线。
35.图17图示根据本发明的一个或更多个实施方式，不连续金属层对10ghz微波频率和2.5微米(μm)近红外线光波长的透射率和反射率相对于金属面填充分数的图线。
36.图18图示根据本发明的一个或更多个实施方式，制造具有不连续金属层的窗的示例性工艺步骤。
37.图19图示根据本发明的一个或更多个实施方式，制造窗结构的示例性方法流程图。
38.图20图示根据本发明的一个或更多个实施方式，使用窗结构的示例性方法流程图，窗结构具有玻璃层和形成在玻璃层上的金属层。
39.所述技术的特征和优点在配合下述详细实施方式和附图后将变得更清楚易懂，其中相似附图标记标识所有相应组件。各图中相似的组件符号大体表示相同、功能类似及/或结构类似的组件。组件首次出现的附图以相应组件符号的最左边数字指示。
40.详细描述
41.i.序言
42.以下详细叙述是参照附图说明本发明的示例性实施方式。然而，本发明范围不限于这些实施方式，而是由所附权利要求书界定。故附图未显示的实施方式仍为本发明所涵盖，例如所示实施方式的修改变型。
43.说明书指称的“一实施方式”、“一个实施方式”、“示例性实施方式”等是指所述实施方式可包括特定特征、结构或特性，但每一实施方式未必都包括特定特征、结构或特性。再者，此类用语不必然指同一实施方式。另外，当某一实施方式描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描绘，相关领域技术人员当可结合其他实施方式来实行该特征、结构或特性。
44.诸如“第一”、“第二”、“第三”等词语用于指称所述一些组件。此类词语用于协助示例性实施方式讨论，而非表示指称组件的必要顺序，除非本文已明确指出顺序是必要的。
45.ii.示例性实施方式
46.所述示例性窗结构配置成包括传输微波信号并反射(例如排除)红外线信号的金属层。微波信号是频率在微波频率谱(也称作微波频谱)的信号。微波频谱从300兆赫(mhz)延续到300ghz。红外线信号是频率在红外线频率谱(也称作红外线频谱)的信号。红外线频谱从300ghz延续到430太赫(thz)。金属层可为或不为不连续金属层。不连续金属层是这样的金属层，即电气不连续金属层及/或物理不连续金属层。
47.物理不连续金属层是包括多个金属部的金属层，金属部为平面布置，使得在平面内，金属部在金属层的相对侧间不形成金属连续路径。例如，在平面内，金属部在金属层的任意两个相对侧间不形成连续金属路径。在另一实例中，任意一个或更多个(例如所有)金属部不直接物理接触任何其他金属部。不直接物理接触任何其他金属部的金属部在此定义为金属岛结构。例如，金属岛结构与其他金属部可由非金属物质隔开，例如气体(例如空气、稀有气体、氢或氮)。
48.电气不连续金属层是这样的金属层，其中就至少部分微波频谱而言，一条或更多条边界抑制电子从金属层的第一侧流到金属层的第二相对侧。在一实例中，金属层包括金属岛结构，且各金属岛结构与金属层的其他金属岛结构电气绝缘。根据此实例，金属岛结构间的间隙构成边界而抑制电子流向相邻金属岛结构。另根据此实例，各金属岛结构可导电；然而，金属层整体的导电率实质小于单个金属岛结构的导电率，因为金属岛结构与其他金属岛结构电气绝缘。在另一实例中，金属层的化学组成可使金属层变成电气不连续。
49.相较于常规窗结构，所述示例性窗结构具有多种优势。例如，示例性窗结构可提供较高能量效率(例如藉由衰减红外线频率)，同时传输一个或更多个微波频率(例如5g频率)。例如，微波频率可包括28ghz、37ghz、39ghz及/或60ghz。因此，5g装置能经由示例性窗结构与基站通信(反之亦然)。
50.示例性窗结构可利用常规制造技术加上额外步骤(例如退火处理以在金属层中形成金属岛结构)制造。窗结构可与现有的4g(例如频率＜2.7ghz)和开发的5g(例如28ghz、37ghz、39ghz、60ghz)频率标准完全兼容。示例性窗结构的频率响应在高达至少10thz为平坦。常规减反射层和阻挡层在包括金属岛结构的金属层上实质与在连续金属膜上一样运作，这是因金属岛结构可以是平坦的，且具有数十纳米的宽度，这实质小于光波长。
51.图1是根据一实施方式，具有微波传输(mw传输)红外线反射(ir反射)金属层110的示例性窗结构100的截面。如图1所示，窗结构100依次包括下列各层：玻璃基板102、底层104、第一介电层106、第一阻挡层108、mw传输ir反射金属层110、第二阻挡层112、第二介电层114和盖层116。
52.玻璃基板102是玻璃层，窗结构100的其他层形成于其上。玻璃层可为玻璃材料，例如钠钙玻璃(slg)、eagle xg(exg
tm
)玻璃或high purity fused silicon
tm
(hpfs
tm
)玻璃。注意slg的损耗正切约为exg
tm
玻璃的损耗正切的十倍(例如在5g频率下，例如28ghz、37ghz、39ghz及/或60ghz)。exg
tm
玻璃的损耗正切约为hpfs
tm
玻璃的损耗正切的十倍(例如在5g频率下，例如28ghz、37ghz、39ghz及/或60ghz)。exg
tm
玻璃和hpfs
tm
玻璃由康宁(corning)公司制造及销售。
53.底层104和盖层116包括防潮氧化物。因此，底层104和盖层116可抑制湿气到达(例如穿透)mw传输ir反射金属层110。底层104可增加基板102与第一介电层106间的黏着性及/或提高可见光通过mw传输ir反射金属层110的透射率。底层104可包括金属氮化物、金属氧
化物及/或金属氮氧化物。盖层116可提高窗结构100的耐刮性。第一介电层106包括使mw传输ir反射金属层110与底层104电气绝缘的氧化物。第二介电层114包括使mw传输ir反射金属层110与盖层116电气绝缘的氧化物。第一和第二介电层106、114各自可包括si3n4、sno、sno2、zno:al、wo、lab6及/或其他介电材料。第一和第二阻挡层108、112各自包括减反射材料并配置成减轻可见光自窗结构100反射。第一和第二阻挡层108、112各自可包括tio2、sno、wo、lab6及/或其他减反射材料。
54.mw传输ir反射金属层110配置成传输微波信号并反射红外线信号。例如，mw传输ir反射金属层110可配置成传输频率在微波频谱的一个或更多个部分的信号。例如，mw传输ir反射金属层110可配置成传输频率为6ghz至80ghz、28ghz至60ghz及/或在微波频谱的其他范围的信号。
55.在另一实例中，mw传输ir反射金属层100可在微波频谱的一个或更多个部分提供大于或等于临界透射率的透射率。例如，临界透射率可为40％、50％、60％、70％、80％或90％。mw传输ir反射金属层100在28ghz至60ghz的频率范围、6ghz至80ghz的频率范围及/或在微波频谱的其他范围的透射率可大于或等于临界透射率。例如，mw传输ir反射金属层100在微波频谱的一个或更多个范围的透射率可高达100％。
56.在又一实例中，mw传输ir反射金属层100可在微波频谱的一个或更多个部分提供35％至100％、40％至100％、50％至100％或60％至100％的透射率。例如，mw传输ir反射金属层100可对频率28ghz至60ghz、6ghz至80ghz及/或在微波频谱的其他范围的信号提供上述透射率。
57.在再一实例中，mw传输ir反射金属层100对频率在微波频谱的一个或更多个部分的信号可具有大于或等于临界电阻的电阻。例如，临界电阻可为5兆欧(mω)、10mω、20mω、50mω、100mω或200mω。mw传输ir反射金属层100对频率6ghz至80ghz、28ghz至60ghz及/或在微波频谱的其他范围的信号的电阻可大于或等于临界电阻。
58.在另一实例中，mw传输ir反射金属层100对频率在微波频谱的一个或更多个部分的信号可具有小于或等于临界导电率的导电率。例如，临界导电率可为10
‑4西门子/米(s/m)、10
‑5s/m或10
‑6s/m。mw传输ir反射金属层100对频率为6ghz至80ghz、28ghz至60ghz及/或在微波频谱的其他范围的信号的导电率可小于或等于临界导电率。
59.在又一实例中，mw传输ir反射金属层100可配置成反射至少临界比例的红外线信号。例如，临界比例可为15％、20％、25％、30％或40％。
60.在再一实例中，mw传输ir反射金属层100可在红外线频谱的一个或更多个部分提供20％至70％、25％至65％、30％至60％或35％至55％的反射率。例如，mw传输ir反射金属层100可对频率25thz至80thz、30thz至75thz、35thz至70thz或40thz至65thz的信号提供上述反射率。
61.在另一实例中，金属层可为不连续金属层。例如，金属层可为电气不连续金属层及/或物理不连续金属层。在此实例的一方面中，不连续金属层包括平面布置的金属岛结构。金属岛可具任意形状及/或尺寸，然而，示例性实施方式范围不限于此方面。平面的层投影面积是不连续金属层投影到平面所界定的平面面积。平面的岛投影面积是各金属岛结构投影到平面所界定的平面面积。不连续金属层的面覆盖率定义为岛投影面积除以层投影面积。面覆盖率可大于或等于下阈值。例如，下阈值可为25％、30％、35％、40％或45％。面覆盖
率可小于或等于上阈值。例如，上阈值可为45％、50％、55％、60％或65％。面覆盖率可介于下阈值与上阈值之间。
62.mw传输ir反射金属层110可包括任何合适的金属，包括但不限于金、银、铝、铜或其任意组合。
63.图1所示mw传输ir反射金属层110具有厚度t。因此，若mw传输ir反射金属层110包括金属岛，则金属岛具有厚度t。厚度t可大于或等于厚度下阈值。例如，厚度下阈值可为0.5纳米(nm)、1nm、1.5nm、2nm或3nm。厚度t可小于或等于厚度上阈值。例如，厚度上阈值可为5nm、6nm、7nm、8nm或10nm。厚度t可介于厚度下阈值与厚度上阈值之间。若mw传输ir反射金属层110包括金属岛，则各金属岛可具有横向尺寸，横向尺寸垂直于测量厚度t的轴线。例如，金属岛可配置成使金属岛的平均横向尺寸大于或等于临界尺度。例如，临界尺度可为10nm、12nm、15nm、20nm或25nm。例如，横向尺寸或平均横向尺寸大于或等于20nm的金属岛可减少微波信号被mw传输ir反射金属层110吸收。各金属岛可配置为横向尺寸实质大于金属岛的厚度t。
64.图1所示示例性层仅供说明之用，而无限制之意。窗结构100可不包括图1所示的一个或更多个层。再者，窗结构100可包括图1所示的一个或更多个层以外或替代的层。
65.图2图示根据一实施方式，相对于蚀刻时间的示例性元素浓度，这可用于制造窗结构(例如图1所示窗结构100)。
66.图3是图1所示mw传输ir反射金属层110的曲线图300，包括透射率和反射率分别相对于波长的示例性图线302、304。关于图线302，透射率沿曲线图300的右边y轴表示，波长沿曲线图300的x轴表示。至于图线304，反射率沿曲线图300的左边y轴表示，波长沿曲线图300的x轴表示。
67.在图3所示波长范围内，低e窗起带通滤波器的作用，其中对可见光频谱306的波长的峰值透射率为约90％，同时实质反射红外线频谱的波长。可见光频谱306包括约390纳米(nm)至700nm的波长。红外线频谱包括700nm至1毫米(mm)的波长。红外线频谱的波长称作“红外线波长”。所述示例性实施方式能使低e窗起包括多个通带的带通滤波器的作用。例如，带通滤波器可包括具有可见光频谱的通带和具有微波频谱各部分的一个或更多个附加通带，同时仍实质反射红外线波长。微波频谱包括1mm至1米(m)的波长。微波频谱的波长称作「微波波长」。
68.图4是三个各具温度的不同黑体的曲线图400，包括光谱强度相对于波长的示例性图线402、404、406。图线402对应于温度为6000k的黑体(例如太阳)。图线404对应于温度为3000k的黑体。图线406对应于温度为300k的黑体(例如建筑物内的房间)。在300k黑体中，辐射从波长约4微米(μm)开始并在波长约10μm达到峰值。所述示例性实施方式能反射与图线406相关的辐射，同时让微波频谱的辐射透射。例如，所述窗结构可使与图线406相关的辐射反射回房间，同时容许微波频谱的辐射经由窗结构传输进入及/或离开房间。
69.图5是微波信号通过各种结构的曲线图500，包括损耗相对于频率的示例性图线502、504、506、512、514、516。图线502、512分别描绘微波信号通过墙的计算机仿真损耗和测量损耗。图线504、514分别描绘微波信号通过低e玻璃的计算机仿真损耗和测量损耗，低e玻璃包括金属膜。图线506、516分别描绘微波信号通过标准玻璃(即不包括低e涂层的玻璃)的计算机仿真损耗和测量损耗。损耗是在0.8ghz至40ghz的频率范围进行仿真及测量的。
70.如图线504、514所示，4g信号(例如2.7ghz的信号)被低e玻璃阻挡，损耗为26db；然而，如图线502、512所示，4g信号无碍地穿过墙。如图线504、514进一步所示，5g信号(例如28
‑
40ghz的信号)被低e玻璃阻挡，损耗为26
‑
37db；又如图线502、512所示，5g信号基本上完全被墙阻挡(例如损耗约100db)。低e玻璃的阻挡行为表现似乎是因其中所含金属膜阻碍微波传输所致。例如，透射率可简化计算如下：
71.tx＝1/(1 z0/(2rs))
ꢀꢀꢀꢀ
式1
72.其中rs＝1/(σd)[ω/sq.]是金属膜每单位平方的电阻；σ是金属膜的导电率；d是金属膜的厚度；z0/2＝188ω为自由空间阻抗的一半。在一些低e窗用工业标准金属膜中，rs＝2
‑
5[ω/sq.]，所以tx≈2rs/z0＜＜1，在覆盖4g、5g和高达thz区的微波频谱中的响应是平坦的。
[0073]
采用mw传输ir反射金属层(例如mw传输ir反射金属层110)代替低e玻璃的金属膜，可减少微波信号通过低e玻璃时产生的损耗。因此，如箭头518所示，低e玻璃采用mw传输ir反射金属层将使图线504、514向图线506、516偏移，其对应于标准玻璃。
[0074]
图6是无低e涂层的窗和具有金属膜低e涂层的窗的曲线图600，包括传输损耗相对于频率的示例性图线602、604。在图6所示实施方式中，为了非限定说明的目的，具有金属膜低e涂层的窗在厚度为30nm的玻璃上包括三层金属膜低e涂层。如图6所示，相较于无低e涂层的窗的损耗基本上可忽略，具有金属膜低e涂层的窗对25ghz至45ghz提供相当平坦的20db的传输损耗。
[0075]
采用mw传输ir反射金属层(例如mw传输ir反射金属层110)代替窗中金属膜低e涂层，可减少微波信号通过窗产生的传输损耗。因此，如箭头606所示，窗采用mw传输ir反射金属层将使图线604向图线602偏移，其对应于无低e涂层的窗。
[0076]
电子散射会实质性促使常规金属膜低e涂层对微波频率产生较高传输损耗。例如，电子散射有助于缩短电子通过金属膜的有效平均自由程，并限定金属膜对微波和光的响应。薄膜(例如金属膜低e涂层)中的电子散射可能由晶界散射及/或表面粗糙散射造成。所述示例性窗结构可减轻晶界散射及/或表面粗糙散射的影响。
[0077]
图7是发生晶界散射的金属膜700的示意图。如第7图所示，金属膜700包括多个晶粒。晶粒包括第一晶粒702、第二晶粒704、第三晶粒706和第四晶粒708。第一晶粒702中的第一电子716从第一晶粒702与第二晶粒704间的第一表面710散射。第一电子716接着从金属膜700外边界的第二表面712散射。第三晶粒706中的第二电子718从第三晶粒706与第四晶粒708间的第三表面714散射。第一电子716从第一表面710和第二表面712散射会抑制第一电子716传输通过金属膜700。第二电子718从第三表面714散射会抑制第二电子718传输通过金属膜700。
[0078]
金属膜700中的晶粒可具有任何合适的尺寸及变化任何合适的量。例如，若金属膜700为50nm厚，则晶粒尺寸可变化19nm。若金属膜700为20nm厚，则晶粒尺寸可变化10.8nm。若金属膜700为12nm厚，则晶粒尺寸可变化8.4nm等。所述示例性厚度和变化仅供非限定说明之用。
[0079]
所述示例性实施方式能减少金属层中电子遭遇的晶界散射。例如，金属层可为包括金属岛的物理不连续金属层。根据此实例，相较于整个金属层，各金属岛可具有较少晶粒，促使电子传输通过金属岛。又根据此实例，电子可在金属岛间行进，以助于传输通过金
属层。
[0080]
图8是发生表面粗糙散射的金属膜800的示意图。金属膜800中的表面粗糙散射可使用如“法曲
‑
桑黑莫(fuchs
‑
sondheimer)模型”进行仿真。依据法曲
‑
桑黑莫模型，因声子和杂质散射，电子具有有限平均自由程。又依据此模型，镜面反射系数p可用于确定电子在金属膜800的表面806散射的分数。图中显示第一电子802和第二电子804入射到金属膜800的表面806，用以说明散射量差异，如各镜面反射系数值所指示。在第一实例中，镜面反射系数值为1(即p＝1)，将导致所有(即100％)的第一电子802在表面806散射。在第二实例中，镜面反射系数值为零(即p＝0)时，第二电子804无一(即0％)在表面806散射。
[0081]
所述示例性实施方式能减少金属层中电子遭遇的表面粗糙散射。例如，在物理不连续金属层中，电子可在其中的金属岛间行进，以减少一些电子在金属层中遭遇表面粗糙散射。
[0082]
金属膜的电阻率因金属膜厚度而变化。图9是未退火金属膜的电阻率相对于厚度的示例性图线900。图线900图示各种散射机制对未退火金属膜的电阻率的示例性作用。作用包括体积电阻率作用902和晶界散射作用904。
[0083]
图10是已退火金属膜的阻率相对于厚度的示例性图线1000。图线1000图示各种散射机制对已退火金属膜的电阻率的示例性作用。作用包括体积电阻率作用1002、晶界散射作用1004和界面散射作用1006。
[0084]
金属膜的电阻率依赖性可由下式定义：
[0085]
ρ/ρ
体积
＝1 0.375(1
‑
p)s*l/d [1.5r/(1
‑
r)]*l/g
ꢀꢀ
式2
[0086]
其中ρ
体积
是块金属的电阻率；p是法曲
‑
桑黑莫镜面反射因子(p＝0)；s是表面粗糙因子，其在1至2的范围内；r是晶界的反射率，其在0.07至0.10的范围内；l是体积平均自由程；g是晶粒尺寸。参见s.m.rossnagel和t.s.kuan,“alteration of cu conductivity in the size effect regime”,j.vac.sci.technol.b 22(1),第240
‑
247页，2004年1月/2月。注意金属膜的电阻率ρ与散射时间τ的乘积为恒量(即ρτ＝定值)。例如，就银而言，ρτ＝59
±
2μω.cm.fs。散射时间通过简易德汝德(drude)公式定义膜的介电函数的频率依赖性，德汝德公式适用于微波和光频：
[0087]
ε(ω)＝ε
∞
‑
(ω
2 p
)/[ω(ω i/τ)]
ꢀꢀ
式2
[0088]
其中就银而言，ε
∞
＝4；ω
p
是块金属等离子体频率；τ如上所述为散射时间。
[0089]
以上述参数计算厚度分别为30nm和5nm的银膜的透射率，绘示于图11。更特别地，图11图示分别具有30nm和5nm厚度的银膜的透射率、反射率和吸收率相对于频率的示例性图线1100、1150。如图11所示，在微波频谱和300ghz至约10thz的部分红外线频谱范围内，透射率较低且较平坦，在红外线频谱其余部分和可见光频谱则增大。至于5nm厚的银膜，在微波频率范围的透射率为约0.03，在可见光频谱内接近100％。5nm厚的银膜的损耗为约15db，这显著小于30nm厚银膜的20 db的损耗。
[0090]
图12a图示根据一实施方式，具有mw传输ir反射金属层1210的窗结构1200的行为表现，mw传输ir反射金属层1210耦接玻璃层1202。如图12a所示，mw传输ir反射金属层1210容许至少一些微波信号1204传播通过窗结构1200。例如，若mw传输ir反射金属层1210是包括金属岛的不连续金属层，则mw传输ir反射金属层1210容许微波信号1204传播通过金属岛间的开口。
[0091]
图12b图示具有低e金属膜1260的窗结构1250的行为表现，低e金属膜1260耦接玻璃层1252。如图12b所示，低e金属膜1260不许微波信号1254传播通过窗结构1250。相反，低e金属膜1260反射微波信号1254。
[0092]
参照图12a及图12b，即使mw传输ir反射金属层1210和低e金属膜1260每单位面积有相同金属量，mw传输ir反射金属层1210和低e金属膜1260对微波信号的响应也存在定性差异。注意反射率随连续膜厚度急剧增加。例如，就厚度20nm而言，银膜对频率为9.8ghz的微波信号的反射率超过65％。在光频下，趋肤深度(skin depth)变得与频率无关，且等于c/ω
p
≈20nm，其中c＝3*10
10
cm/s(即光速)。在一实例中，上述趋肤深度大于mw传输ir反射金属层(例如mw传输ir反射金属层1210)的金属岛平均尺寸，相当于金属岛的厚度；而微波频率的趋肤深度为微米范围。尽管对金属次波长特征散射的关注可追溯到1900年代初期，但尚未有完整微观理论。由于mw传输ir反射金属层的金属岛平均尺寸显著小于入射微波辐射波长，强力(brute force)数值方法可能无济于事。甚至与考虑了有限导电率的次波长金属光栅相关的更简单情形也有争议。对于mw传输ir反射金属层，要解得给定任意结构的透射率、再对所有可能无序度求平均是不可能的。因此，可能有利的是拟定“等效”连续膜取代mw传输ir反射金属层。然而，这种等效性目前仍未知，并且可能不存在。
[0093]
然而，由于在次波长几何中主要为前向散射，故可逾越惯用准静态近似法，先分别找出金属岛和介电质本底的场分布，并对mw传输ir反射金属层的厚度求平均且不对mw传输ir反射金属层的长度求平均。mw传输ir反射金属层中金属(um,vm)和介电质(ud,vd)区域的电场和磁场(e和h)分别可以通用欧姆参数(u,v)由入射场和散射场表示。参数u代表入射场强度。参数v代表散射场强度。有效参数(ue,ve)则可通过参数(um,vm)和(ud,vd)的相关系综求平均确定，mw传输ir反射金属层的透射率可基于有效参数(ue,ve)确定。例如，参数(um,vm)和(ud,vd)可利用d.a.g.bruggeman的经典论文“berechnung verschiedener physikalischer konstanten von heterogenen substanzen”,annals of physics,第24卷,第636
‑
679页,1935所述等效介质理论求平均。
[0094]
图13图示根据一实施方式，不连续金属层的透射率、反射率和吸收率相对于金属面填充分数的示例性图线1304、1304、1306。金属面填充分数是金属占金属层的比例。图线1304、1304、1306分别表示固定入射辐射频率的透射率、反射率和吸收率。如图13所示，金属面填充分数小于渗透阈值1308时，在不连续金属层中的透射率接近100％。渗透阈值1308可对应约0.5的金属面填充分数，但示例性实施方式的范围不限于此方面。应注意，随着金属面填充分数降低，比起红外线频率的透射率，微波频率的透射率从0％到100％变化更剧烈。此差异在金属面填充分数接近(例如恰好小于或包括)渗透阈值1308时最明显。将窗所含金属层设计成具有此金属面填充分数能使窗传输微波频率，同时反射ir频率。上述差异将参照图15及图17进一步详述于后。
[0095]
图14a至图14c是根据一些实施方式，分别具有4nm、7nm与10nm厚度的不连续金层的示例性扫描式电子显微镜(sem)图1400、1430、1460。sem图1400、1430、1460对应于不同金属面填充分数。各不连续金层可包括在不连续金层中无规排列的金岛。无规排列金岛间的间隙可提供穿过不连续金层的孔洞让微波信号通过。
[0096]
图15是根据一实施方式，不连续金层的静电导电率相对于金属面填充分数的示例性图线1500。如图15所示，当金属面填充分数降至渗透阈值p
th
以下时，不连续金层的导电率
下降数个数量级。金属面填充分数小于渗透阈值p
th
对应于包括金粒的不连续金层，金粒由间隙隔开而形成金岛。金岛间的间隙会降低不连续金层的导电率。导电率降低将造成高微波频率透射率。当金属面填充分数大于渗透阈值p
th
时，金岛更易物理接触，导致金属粒团簇，从而增加不连续金层的导电率。导电率增加将造成低微波频率透射率。故可得知，将不连续金层设计成具有小于渗透阈值p
th
的金属面填充率，可能有利于实现传输微波频率，同时反射红外线频率。
[0097]
图16图示根据一实施方式，金膜和包括金岛结构的金层的导电率相对于频率的图线1600。金膜具有大于渗透阈值的金属面填充分数；而包括金岛结构的金层具有小于渗透阈值的金属面填充分数。图线1600包括图线1602、1604、1606、1608，分别表示各金膜相对于800mhz至20ghz频率范围的导电率。图线1600进一步包括图线1610、1612、1614，分别表示包括金岛结构的各金层相对于800mhz至20ghz频率范围的导电率。如图16所示，金膜(对应于图线1602、1604、1606、1608)在800mhz至20ghz频率范围的导电率大于包括金岛结构的金层(对应于图线1602、1604、1606)。值得注意的是平坦响应与频率的关系，如图11中的模型所预期。导电率与微波透射率成反比，但示例性实施方式不限于此方面。
[0098]
图17图示根据一实施方式，不连续金属层对10ghz微波频率和2.5μm近红外线(nir)光波长的透射率和反射率相对于金属面填充分数的图线1702、1704、1752、1754。图线1702、1704对应于10ghz微波频率。特别地，图线1702代表微波频率的透射率相对于金属面填充分数，图线1704代表微波频率的反射率相对于金属面填充分数。图线1752、1754对应于nir光频。特别地，图线1752代表nir光波长的透射率相对于金属面填充分数，图线1754代表nir光波长的反射率相对于金属面填充分数。
[0099]
如图线1702所示，当金属面填充分数小于渗透阈值p
th
时，微波频率的透射率急剧增加；然而，如图线1752所示，当金属面填充分数小于渗透阈值p
th
时，nir光波长的透射率增加较平缓。因此，微波频率的透射率与nir光波长的透射率间的差异在恰好小于渗透阈值p
th
时较大(例如达最大值)，随着金属面填充分数进一步减小，差异越小。可依设计要求限定一定金属面填充分数值范围的工作区。例如，范围的上限可选择为接近(例如恰好小于、等于或恰好大于)渗透阈值p
th
，范围的下限可选择为微波频率的透射率与nir光波长的透射率间差异达临界差异的金属面填充分数值。在另一实例中，范围的上下限为预定值。在图17中，非限制性举例来说，金属面填充分数值范围的工作区可选择为35％至55％。应理解，工作区可为任何合适的金属面填充分数值范围，其中反射ir信号与反射微波信号间的关系切断。在图17的工作区中，微波频率的透射率为约90％，nir光波长的反射率为约35％
‑
40％。
[0100]
18图图示根据一实施方式，制造窗的工艺1800的示例性步骤，窗具有不连续金属层。在工艺1800的步骤1中，连续金属层沉积于底层上，底层在基板上。在工艺1800的步骤2中，改变连续金属层以得到不连续金属层。例如，若连续金属层在步骤1中以较低温度沉积，则连续金属层可反浸润(dewet)以得到不连续金属层。在另一实例中，若连续金属层在步骤1中以较高温度沉积，则该较高温度将使连续金属层形成岛而得到不连续金属层。在工艺1800的步骤3中，减反射层沉积于不连续金属层上。由于金属岛的厚度和横向尺寸显著小于微波频谱的波长，减反射层基本上与偕同连续金属膜使用的减反射层一样。在工艺1800的步骤4中，盖层放在减反射层上，以提供第一窗结构。如图18所示，第二替代窗结构可藉由把介电层放在底层与不连续金属层之间而达成。
[0101]
图19描绘根据一实施方式，制造窗结构的示例性方法流程图1900。流程图可以任何合适制造机械进行。如图19所示，流程图19的方法始于步骤1902。在步骤1902中，提供玻璃层。
[0102]
在步骤1904中，金属层形成于玻璃层上。形成金属层包括将金属层配置成传输频率为28ghz至60ghz的信号并反射具有红外线频率的信号。可沉积金属层至玻璃层上，或者黏接金属层和玻璃层，以在玻璃层上形成金属层。例如，金属可喷涂或溅射涂布于玻璃层。
[0103]
在一示例性实施方式中，在步骤1904中，形成金属层包括将金属层配置成传输频率为6ghz至60ghz、28ghz至80ghz或6ghz至80ghz的信号。
[0104]
在另一示例性实施方式中，在步骤1904中，形成金属层包括将金属层配置成对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有至少为临界电阻的电阻。例如，临界电阻可为10mω或100mω。
[0105]
在又一示例性实施方式中，在步骤1904中，形成金属层包括将金属层配置成反射至少临界百分比的具有红外线频率的信号。例如，临界百分比可为30％、35％、40％或45％。
[0106]
在再一示例性实施方式中，在步骤1904中，形成金属层包括将金属层配置成对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有小于或等于临界导电率的导电率。例如，临界导电率可为10
‑6西门子/米、10
‑5西门子/米或10
‑4西门子/米。
[0107]
在另一示例性实施方式中，在步骤1904中，形成金属层包括将金属层配置成在6ghz至80ghz的频率范围、6ghz至60ghz的频率范围、28ghz至80ghz的频率范围或28ghz至60ghz的频率范围提供至少80％的透射率。
[0108]
在又一示例性实施方式中，在步骤1904中，形成金属层包括将金属层配置为不连续金属层。例如，将金属层配置为不连续金属层可包括将金属层配置为电气不连续金属层。在另一实例中，将金属层配置为不连续金属层可包括将金属层配置为物理不连续金属层。
[0109]
在此实施方式的第一方面中，配置金属层包括将不连续金属层配置成具有35％至55％的面覆盖率。
[0110]
在此实施方式的第二方面中，在步骤1904中，形成金属层包括沉积金属层至玻璃层上，以提供厚度小于临界厚度的金属层。根据第二方面，厚度小于临界厚度可使金属层变成不连续(例如电气不连续及/或物理不连续)。
[0111]
在一些示例性实施方式中，可不进行流程图1900的一个或更多个步骤1902及/或1904。再者，可进行步骤1902及/或1904之外的附加步骤或替代它们的步骤。例如，在一示例性实施方式中，流程图1900的方法进一步包括加热金属层，使金属层黏着于玻璃层。在另一示例性实施方式中，流程图1900的方法进一步包括根据要在玻璃层上形成的金属层而移除金属层的一部分。根据此实施方式，移除金属层的一部分可使金属层变成不连续(例如电气不连续及/或物理不连续)。
[0112]
图20图示根据一实施方式，使用窗结构的示例性方法流程图2000，窗结构具有玻璃层和形成在玻璃层上的金属层。流程图2000可利用如图1所示窗结构100进行。为便于说明，流程图2000将参照窗结构100叙述。相关领域技术人员基于流程图2000相关讨论当可明白其他结构和操作的实施方式。
[0113]
如图20所示，流程图2000的方法始于步骤2002。在步骤2002中，具有红外线频率的红外线信号在金属层中被接收。在一示例性实施方式中，mw传输ir反射金属层110接收红外
线信号。
[0114]
在步骤2004中，频率为28吉赫至60吉赫的微波信号在金属层中被接收。在一示例性实施方式中，mw传输ir反射金属层110接收微波信号。
[0115]
在步骤2006中，至少部分基于金属层的构造，使微波信号传输通过金属层。在一示例性实施方式中，mw传输ir反射金属层110至少部分基于mw传输ir反射金属层110的构造传输微波信号。
[0116]
在步骤2008中，至少部分基于金属层的构造，使红外线信号自金属层反射。在一示例性实施方式中，mw传输ir反射金属层110至少部分基于mw传输ir反射金属层110的构造反射红外线信号。
[0117]
在一示例性实施方式中，在步骤2006中，传输微波信号包括至少部分基于金属层为不连续金属层，使微波信号传输通过金属层。例如，微波信号可至少部分基于金属层为电气不连续金属层而传输通过金属层。在另一实例中，微波信号至少部分基于金属层为物理不连续金属层而传输通过金属层。
[0118]
在一些示例性实施方式中，可不进行流程图2000的一个或更多个步骤2002、2004、2006及/或2008。再者，可进行步骤2002、2004、2006及/或2008之外的附加步骤或替代它们的步骤。
[0119]
iii.进一步讨论一些示例性实施方式
[0120]
第一示例性窗结构包含玻璃层和金属层。金属层形成于玻璃层上。金属层配置成传输频率为28吉赫至60吉赫的信号并进一步配置成反射具有红外线频率的信号。
[0121]
在第一示例性窗结构的第一方面中，金属层配置成传输频率为6吉赫至80吉赫的信号。
[0122]
在第一示例性窗结构的第二方面中，金属层对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有至少10兆欧的电阻。第一示例性窗结构的第二方面可结合第一示例性窗结构的第一方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0123]
在第一示例性窗结构的第三方面中，金属层对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有至少100兆欧的电阻。第一示例性窗结构的第三方面可结合第一示例性窗结构的第一及/或第二方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0124]
在第一示例性窗结构的第四方面中，金属层配置成反射至少20％的具有红外线频率的信号。第一示例性窗结构的第四方面可结合第一示例性窗结构的第一、第二及/或第三方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0125]
在第一示例性窗结构的第五方面中，金属层对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有小于或等于10
‑5西门子/米的导电率。第一示例性窗结构的第五方面可结合第一示例性窗结构的第一、第二、第三及/或第四方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0126]
在第一示例性窗结构的第六方面中，金属层在28ghz至60ghz的频率范围提供至少80％的透射率。第一示例性窗结构的第六方面可结合第一示例性窗结构的第一、第二、第三、第四及/或第五方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0127]
在第一示例性窗结构的第七方面中，金属层在6ghz至80ghz的频率范围提供至少80％的透射率。第一示例性窗结构的第七方面可结合第一示例性窗结构的第一、第二、第三、第四、第五及/或第六方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0128]
在第一示例性窗结构的第八方面中，金属层是电气不连续金属层。第一示例性窗结构的第八方面可结合第一示例性窗结构的第一、第二、第三、第四、第五、第六及/或第七方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0129]
在第一示例性窗结构的第八方面实施方式中，电气不连续金属层具有35％至55％的面覆盖率。
[0130]
第二示例性窗结构包含玻璃基板和不连续金属层。不连续金属层配置成反射红外线波长。不连续金属层包含金属岛结构，金属岛结构具有厚度和横向尺寸并设置为邻接玻璃基板。金属岛结构的厚度为1纳米至7纳米。金属岛结构的横向尺寸平均为至少15纳米。
[0131]
在第二示例性窗结构的第一方面中，不连续金属层具有35％至55％的面覆盖率。
[0132]
在第二示例性窗结构的第二方面中，不连续金属层对频率为6ghz至80ghz的信号提供0.4至1.0的透射率及对频率为30太赫至75太赫的信号提供0.3至0.6的反射率。第二示例性窗结构的第二方面可结合第二示例性窗结构的第一方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0133]
在第二示例性窗结构的第三方面中，不连续金属层包括金、银、铝或铜中的至少一者。第二示例性窗结构的第三方面可结合第二示例性窗结构的第一及/或第二方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0134]
在第二示例性窗结构的第四方面中，第二示例性窗结构进一步包含介电层，介电层包括si3n4、sno、wo或lab6中的至少一者。根据第四方面，不连续金属层在介电层与玻璃层之间。第二示例性窗结构的第四方面可结合第二示例性窗结构的第一、第二及/或第三方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0135]
在第二示例性窗结构的第五方面中，第二示例性窗结构进一步包含位于玻璃基板与不连续金属层间的减反射层，减反射层包括tio2、sno、wo或lab6中的至少一者。第二示例性窗结构的第五方面可结合第二示例性窗结构的第一、第二、第三及/或第四方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0136]
在制造窗结构的示例性方法中，提供玻璃层。金属层形成于玻璃层上。形成金属层包括将金属层配置成传输频率为28吉赫至60吉赫的信号并反射具有红外线频率的信号。
[0137]
在示例性方法的第一方面中，形成金属层包含将金属层配置成传输频率为6吉赫至80吉赫的信号。
[0138]
在示例性方法的第二方面中，形成金属层包括将金属层配置成对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有至少10兆欧的电阻。示例性方法的第二方面可结合示例性方法的第一方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0139]
在示例性方法的第三方面中，形成金属层包括将金属层配置成对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有至少100兆欧的电阻。示例性方法的第三方面可结合示例性方法的第一及/或第二方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0140]
在示例性方法的第四方面中，形成金属层包括将金属层配置成反射至少30％的具有红外线频率的信号。示例性方法的第四方面可结合示例性方法的第一、第二及/或第三方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0141]
在示例性方法的第五方面中，形成金属层包括将金属层配置成对频率为28吉赫至60吉赫的信号具有小于或等于10
‑5西门子/米的导电率。示例性方法的第五方面可结合示例
性方法的第一、第二、第三及/或第四方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0142]
在示例性方法的第六方面中，形成金属层包括将金属层配置成在28ghz至60ghz的频率范围提供至少80％的透射率。示例性方法的第六方面可结合示例性方法的第一、第二、第三、第四及/或第五方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0143]
在示例性方法的第七方面中，形成金属层包括将金属层配置成在6ghz至80ghz的频率范围提供至少80％的透射率。示例性方法的第七方面可结合示例性方法的第一、第二、第三、第四、第五及/或第六方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0144]
在示例性方法的第八方面中，形成金属层包括将金属层配置为电气不连续金属层。示例性方法的第八方面可结合示例性方法的第一、第二、第三、第四、第五、第六及/或第七方面实行，但示例性实施方式不限于此方面。
[0145]
在示例性方法的第八方面的第一实施方式中，配置金属层包括将电气不连续金属层配置成具有35％至55％的面覆盖率。
[0146]
在示例性方法的第八方面的第二实施方式中，形成金属层包括沉积金属层至玻璃层上，以提供厚度小于临界厚度的金属层。根据第二实施方式，厚度小于临界厚度可使金属层变成电气不连续。
[0147]
在示例性方法的第八方面的第三实施方式中，示例性方法进一步包括根据要在玻璃层上形成的金属层，移除金属层的一部分。根据第三实施方式，移除金属层的一部分可使金属层变成电气不连续。
[0148]
在使用具有玻璃层和形成在玻璃层上的金属层的窗结构的示例性方法中，具有红外线频率的红外线信号在金属层中被接收。频率为28吉赫至60吉赫的微波信号在金属层中被接收。至少部分基于金属层的构造，将微波信号传输通过金属层。至少部分基于金属层的构造，使红外线信号自金属层反射。
[0149]
在示例性方法的第一方面中，传输微波信号包括至少部分基于金属层为电气不连续金属层，使微波信号传输通过金属层。
[0150]
iv.结论
[0151]
尽管主题已以特定结构特征及/或动作语言描述，但应理解，所附权利要求书中限定的主题不必然限于上述特定特征或动作。反之，披露上述特定特征和动作是作为实行权利要求书的实例，其他等效特征和动作拟落在权利要求书的保护范围内。