氧化釩薄膜的制備及其光學(xué)特性研究.pdf

1、在自然資源日益匱乏的當(dāng)今，節(jié)能環(huán)保逐漸成了人們的生活理念。太陽(yáng)能的有效利用也成了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。二氧化釩（VO2）金屬-半導(dǎo)體相變特性的發(fā)現(xiàn)，為節(jié)能環(huán)保的“智能窗”的發(fā)展創(chuàng)造了契機(jī)。VO2接近室溫的相變溫度（68℃）使它具有很大的發(fā)展空間。將 VO2薄膜實(shí)際應(yīng)用到窗玻璃上，實(shí)現(xiàn)高溫時(shí)反射率高低溫時(shí)透射率高的智能調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度上還有一定的距離。由于釩的氧化物體系復(fù)雜，有多達(dá)13種不同結(jié)構(gòu)的化合物，薄膜制備過(guò)程中要想獲得單一相的VO2比較

2、困難，常通過(guò)純凈的五氧化二釩（V2O5）的退火處理制備VO2薄膜，因此純相V2O5薄膜的研究也具有非常重要的意義。
　　本文以高純金屬釩靶和V2O5陶瓷靶為靶材，分別用直流磁控濺射法和射頻磁控濺射法在普通玻璃基片上制備了不同組分的釩氧化物，然后將制得的薄膜樣品進(jìn)行了不同條件的熱處理，得到了結(jié)晶度較好的氧化釩薄膜。研究了退火條件對(duì)薄膜組分和光學(xué)性質(zhì)的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容及其所取得的研究成果如下:
　　1.采用直流磁控濺射法

3、，在不同實(shí)驗(yàn)條件下都成功地制備了結(jié)晶良好、純度較高的V2O5薄膜。分別研究了氧壓比、濺射功率、襯底溫度以及濺射時(shí)間對(duì)薄膜組分和透過(guò)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，提高氧氬比，降低濺射功率，降低襯底溫度，縮短濺射時(shí)間以及降低襯底溫度，可以增加薄膜的透射率。經(jīng)比較可得，制備透射率較高的純相V2O5薄膜的最佳工藝參數(shù)為：基片溫度250℃、濺射功率190W、濺射時(shí)間10min，氧壓比5∶60。之后我們研究了真空退火對(duì)薄膜組分的影響，并對(duì)退火后的薄膜樣品進(jìn)行

4、了XRD分析，拉曼光譜分析以及紅外透過(guò)率測(cè)試，分析結(jié)果表明，真空退火會(huì)使薄膜晶體內(nèi)部缺陷減少，從而有效的提高結(jié)晶度。最后我們用氫氣對(duì)制備的V2O5薄膜在450℃的管式爐中進(jìn)行還原，根據(jù)對(duì)樣品的XRD圖譜的分析，得到了過(guò)度還原的產(chǎn)物—三氧化二釩(V2O3)。
　　2.采用射頻磁控濺射法，濺射V2O5靶材在普通玻璃基片上制備了氧化釩(VOx)薄膜，并對(duì)其進(jìn)行了XRD和拉曼分析，結(jié)果顯示在此方法下制備的氧化釩薄膜為非晶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度較差，

5、無(wú)法判別它的組分。之后我們又對(duì)制備的薄膜樣品進(jìn)行了不同條件的熱處理，分別在真空條件下和氫氣中退火，并對(duì)退火后的薄膜樣品進(jìn)行了分析。真空條件下的退火處理更容易改變薄膜的界面張力、界面能以及表面能，使原子重新排列成鍵，進(jìn)而改變薄膜的晶格結(jié)構(gòu)。真空退火后出現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)的釩氧化物，其中主要產(chǎn)物為V2O3。氫氣退火得到薄膜里的顆粒排列更致密還導(dǎo)致了透射率的降低。氫氣環(huán)境下的退火還原，生成的釩氧化物更加復(fù)雜，其中的VO2在68℃的相變特性使得紅外透