石英光纤表面负载掺锡氧化铟薄膜的制备和表征

摘要

掺锡氧化铟(ITO)薄膜是一种兼具高可见光透过率和低电阻率的N型半导体。以石英光导纤维作为ITO薄膜的基体,赋予光纤具备导电/导光/透明的性能,可应用于传感器等相关领域。本论文通过溶胶-凝胶法在石英光纤表面负载ITO薄膜,以制备结合力强,光电性能优良的ITO薄膜为目的,探讨制备工艺条件对薄膜性能的影响,并通过热震法和超声法来评价薄膜的结合力,具体工作如下:
　　 首先讨论了不同工艺条件对薄膜的结合力、可见光透过率和电阻率的影响,虽然在石英玻璃片上制备ITO薄膜工艺已较成熟,但针对基体为圆柱状的光导纤维上制备结合力强的ITO薄膜有一定的难度,本论文通过实验获得了制备ITO薄膜的最佳工艺条件。其中值得注意的是:薄膜负载前光纤需经过表面活化处理,退火在500℃马弗炉中进行70min,每层薄膜制备完成后放在水中超声清洗10秒,膜层数为四层。
　　 其次利用淬火处理来分析评价薄膜的结合力,观察在不同淬火温度下薄膜的形貌、可见光透过率、电阻率和光导纤维的导光性能变化趋势。结果表明:当淬火温度小于500℃时,ITO薄膜表现为低韧性材料:当淬火温度大于500℃时,ITO薄膜表现为脆性材料,随淬火温度的增加,内部裂纹迅速扩展;当淬火温度在200℃和210℃之间时,ITO薄膜中的微裂纹开始扩展;负载在光纤表面的ITO薄膜在淬火作用下失效的临界值为200℃。
　　 最后利用超声法分析评价薄膜的结合力,观察经超声处理不同时间后薄膜的形貌、可见光透过率和电阻率和光导纤维的导光性能变化趋势。从ITO薄膜的截面形貌可以看出,超声波作用时间在16min与20min之间时,微裂纹开始扩展,但当作用时间大于4min时,ITO薄膜的电阻率开始增加,表明负载在光纤表面的ITO薄膜在超声波作用下失效的临界值为4min。
　　 论文在分析实验结果的同时,结合相关文献报道,对ITO薄膜性能变化趋势进行了深入地探讨,为今后光导纤维表面负载ITO薄膜的制备和应用提供了实验和理论依据。