2. 电极材料基础：常用电极材料特性对比与选择原则
做MicroLED芯片，电极材料的选择，说白了就是给电子找一条好路。这条路既要跑得快（导电好），又要和LED材料处得来（功函数匹配），还得经得起折腾（可靠性）。我这些年踩过的坑，多半都跟材料选择有关。
2.1 常用电极材料特性对比
咱们先看看市面上常用的几种电极材料。我按自己的习惯，把它们分成透明电极和金属电极两大类。
2.1.1 ITO（氧化铟锡）
ITO是透明电极的老大哥了。透光率能做到85%以上，方阻大概在10-100 Ω/sq。嗯，这里要注意，ITO的功函数大约在4.7-5.0 eV，和p-GaN还算匹配。
我的经验：ITO最大的问题是脆。我在做柔性MicroLED时，弯折几次就出现裂纹了。另外，溅射ITO时温度控制不好，容易损伤下面的量子阱层。
2.1.2 Ti/Al/Ni/Au 多层金属
这是n型电极的经典组合。Ti做粘附层，Al是主力导电层，Ni做阻挡层防止扩散，Au防氧化。整体电阻率能做到10⁻⁶ Ω·cm级别。
避坑指南：我曾经遇到过Al层太厚导致应力过大，把芯片翘曲了。后来把Al厚度从300nm降到200nm，问题就解决了。
2.1.3 Ag（银）
Ag的反射率在可见光区超过95%，电阻率只有1.6×10⁻⁶ Ω·cm。做反射电极时，我首选Ag。但Ag有个致命伤——容易迁移。
警告：Ag在潮湿环境下会形成Ag₂S，导致接触电阻飙升。我有个项目就是没做好密封，三个月后亮度掉了30%。
2.1.4 Cu（铜）
Cu的电阻率比Ag还低（1.7×10⁻⁶ Ω·cm），成本也便宜。但Cu在GaN里扩散很快，必须加阻挡层。
我整理了一张对比表，方便大家快速参考：
| 材料 | 电阻率 (Ω·cm) | 功函数 (eV) | 透光率 | 反射率 | 主要问题 |
|---|---|---|---|---|---|
| ITO | 10⁻⁴ ~ 10⁻³ | 4.7 ~ 5.0 | >85% | <10% | 脆、工艺温度高 |
| Ti/Al/Ni/Au | ~10⁻⁶ | 4.3 ~ 4.7 | <10% | <30% | 层数多、工艺复杂 |
| Ag | 1.6×10⁻⁶ | 4.3 | <5% | >95% | 迁移、硫化 |
| Cu | 1.7×10⁻⁶ | 4.7 | <5% | >90% | 扩散快 |
2.2 电导率与功函数
这两个参数，是电极设计的核心。为什么？
电导率决定了电流能不能均匀铺开。MicroLED的尺寸小到微米级，电流拥挤效应特别明显。我见过一个设计，电极边缘电流密度是中心的5倍，结果边缘先烧了。
功函数决定了接触电阻。说白了，就是电子愿不愿意从电极跑到半导体里去。功函数不匹配，就会形成肖特基势垒，电流就堵住了。
关键公式：接触电阻率 ρc ∝ exp(ΦB / kT)，其中ΦB是势垒高度。功函数差0.2 eV，接触电阻可能差一个数量级。
我个人习惯，做p型电极时优先选功函数高的材料（比如ITO或Ni/Au），做n型电极时选功函数低的（比如Ti/Al）。
2.3 材料选择原则
选材料不是拍脑袋的事。我总结了四条原则：
- 功函数匹配优先：先看和p-GaN、n-GaN的功函数差，差太多直接pass。
- 导电性够用就好：不是电阻率越低越好。Ag导电好但迁移问题头疼，有时候用Al虽然电阻率高一点，但可靠性更好。
- 工艺兼容性：有些材料需要高温退火，有些怕等离子体损伤。你想想看，如果为了一个好电极把LED性能搞坏了，得不偿失。
- 可靠性兜底：我曾经为了追求0.1%的亮度提升，换了一种电极材料，结果高温老化测试直接挂了。从那以后，我都是先跑一轮可靠性再谈性能。
2.4 知识体系框架
下面这张图，是我梳理的电极材料选择逻辑：
这张图的核心逻辑是：从电导率、功函数、工艺兼容性三个维度出发，筛选出候选材料，然后通过可靠性验证做最终决策。我习惯把这个流程叫「三筛一验」。
2.5 实际案例分享
讲个真实案例。去年有个项目，客户要求MicroLED亮度做到100万尼特。我们一开始用ITO做p电极，结果电流密度一大，ITO发热严重，亮度上不去。
后来换成Ag反射电极+薄层ITO的组合。Ag负责反射和导电，ITO负责功函数匹配。嗯，这里要注意，Ag和ITO之间我加了一层2nm的Ni做阻挡，防止Ag扩散。
最终亮度做到了120万尼特，通过了1000小时的高温老化测试。这个案例说明，有时候单一材料搞不定，就得玩组合拳。
我的建议：做电极设计时，别只盯着一种材料。多想想怎么把不同材料的优势结合起来。比如Ag+ITO、Cu+Ni/Au，都是经过验证的好组合。