磁控濺射法制備CeO-,2--TiO-,2-復合薄膜的微結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、二氧化鈦薄膜是一種重要的光學功能薄膜，它有著獨特的光學、電學等物理性能及優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，在新型太陽能電池、微電子工業(yè)、光學器件和各種傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以純度為99.9％的TiO<,2>納米粉體和99.99％的CeO<,2>粉體為原料，采用射頻濺射法在硬質(zhì)襯底(普通玻璃)和柔性襯底(對苯甲酸乙二醇酯，簡稱PET；聚酰亞胺，簡稱PI)上成功制備了CeO<,2>/TiO<,2>復合薄膜。利用x射線衍射儀(XRD)、能譜儀(

2、EDS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和UV-VIS分光光度計等現(xiàn)代分析手段研究了濺射參數(shù)和后處理工藝對復合薄膜的相組成、表面和界面微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并測試了復合薄膜的光學性能，分析了復合薄膜的生長機制和透光機制。 實驗結(jié)果表明：用射頻磁控濺射技術(shù)能夠制備厚度均勻的PET基CeO<,2>/TiO<,2>薄膜，濺射時間的延長和濺射功率的增加均使薄膜的厚度增加，而濺射壓強的增大會使薄膜的厚度略有減小，隨著靶基距的

3、增加厚度先增加后減小。 x射線衍射分析得出，在玻璃襯底上制備的濺射態(tài)薄膜為結(jié)晶態(tài)，而在PET。和PI上制備的濺射態(tài)薄膜為非晶態(tài)，對PET。基薄膜在150℃退火處理12h后，薄膜為結(jié)晶態(tài)，XRD圖中僅出現(xiàn)了銳鈦礦型TiO<,2>的衍射峰，且以(101)晶面擇優(yōu)生長，沒有出現(xiàn)與氧化鈰對應(yīng)的特征峰。 SEM和AFM分析發(fā)現(xiàn)，薄膜致密、規(guī)則、無裂紋產(chǎn)生；濺射工藝參數(shù)對薄膜的表面形貌有很大的影響，濺射態(tài)的薄膜在SEM下觀察不到有晶

4、粒出現(xiàn)，而用AFM能觀察到薄膜中有細小的顆粒，隨后在150℃條件下對薄膜退火處理12h時，發(fā)現(xiàn)薄膜中出現(xiàn)了許多晶粒，形狀近似球形，晶粒尺寸趨于均勻，直徑約120nm。 對不同濺射功率下制備的CeO<,2>/TiO<,2>薄膜用劃痕法測量其附著力，測得在玻璃基底上制備的薄膜的附著力隨著濺射功率的增加而增加，當濺射功率為100W時附著力為61.95±1.23N。在PET襯底上制備的薄膜經(jīng)多次彎曲折疊無裂紋產(chǎn)生，用透明膠布多次粘貼發(fā)現(xiàn)

5、薄膜不脫落，說明薄膜與襯底結(jié)合牢固。 薄膜的光學性能測試表明，在不同濺射條件下制備的CeO<,2>/TiO<,2>薄膜的透光率都較純的TiO<,2>薄膜低，這是因為Ce以Ce-O形式存在，有利于光的吸收。復合薄膜的吸收邊波長和截止波長與純TiO<,2>相比增加明顯，并隨Ce含量的提高而增加。薄膜的厚度和表面粗糙度對薄膜的透光率有很大的影響。 CeO<,2>/TiO<,2>，TiO<,2>薄膜的光能躍遷為間接躍遷形式，通過