氧化钒热敏薄膜的制备及结构性能研究

摘要

VO2是一种热敏功能材料，在68℃会发生从单斜结构半导体相向金红石结构金属相的可逆转变，同时伴随着光学、电学等性能的突变，其在光电开关、光存储、非制冷红外、智能窗等诸多方面有广阔的应用前景，使得VO2薄膜的制备及性能的研究成为研究热点。
　　第一章介绍了VO2的晶体结构，相变机理及性能，并阐述VO2薄膜作为一种新型薄膜材料的应用前景。
　　第二章介绍了VO2薄膜的常用制备方法，重点介绍了本文实验采用的磁控溅射法的镀膜机理及制备VO2薄膜的实验过程，实验中采用的薄膜表征检测技术。
　　第三章研究直流磁控溅射法制备VO2薄膜的工艺，重点研究了氧分压，溅射时间及基底对薄膜相变性能的影响，结果表明：当溅射功率为100W，溅射气压为1.5Pa，氧分压为3%，溅射时间为1h，并在氮气中450℃退火保温2小时的薄膜样品相变性能优异，VO2含量最多。薄膜的可见光透过率随着溅射时间的减少而增加。
　　第四章采用直流/射频反应磁控共溅射法制备了掺钨的VO2薄膜及掺钛的VO2薄膜；采用直流磁控溅射法，通入氮气作为掺杂源制备了掺氮的VO2薄膜。实验结果表明：掺钨VO2薄膜的相变温度降低到了37℃，掺钛VO2薄膜的相变温度升高到了67℃，而掺氮VO2薄膜的相变温度为55℃，掺杂后VO2薄膜的相变性能都有所改变。
　　第五章采用直流磁控溅射法制备了TiO2/VO2双层膜，还研究了在不同工艺下制备的TiO2缓冲层对VOx薄膜性能的影响。综合上述研究成果，用直流磁控溅射法在玻璃基片上先沉积TiO2缓冲层，再用直流/射频反应磁控共溅射法制备掺钨VOx薄膜，经过在氮气中退火，得到在TiO2缓冲层上的掺钨VO2智能玻璃，研究结果表明：在溅射气压为1Pa，氧分压为20%，Ti靶采用100W直流电源时，所制备的TiO2缓冲层上的掺钨VO2薄膜致密，晶粒大小均匀。掺钨VO2薄膜样品的相变温度降低至35℃，可见光透过率较高，对红外光的屏蔽效果明显。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 VO2的晶体结构及特性

1.2.1 VO2的晶体结构

1.2.2 VO2的特性

1.3 VO2薄膜的应用

1.3.1 智能窗材料

1.3.2 红外辐射测热计、热敏电阻

1.3.3 光电开关

1.3.4 光存储、光调制器件

1.3.5 激光防护

1.3.6 其他方面的应用

1.4 本课题的研究目的、意义、内容及创新点

1.5 本章小结

第二章 薄膜的制备与检测

2.1 薄膜的制备方法

2.1.1 真空蒸发镀

2.1.2 离子束沉积

2.1.3 溶胶-凝胶法

2.1.4 化学气相沉积法

2.1.5 溅射法

2.2 磁控溅射镀膜机理

2.3 薄膜的成膜机理

2.3.1 薄膜的形成模式

2.3.2 薄膜的形核与生长物理过程

2.4 实验简介

2.4.1 实验耗材与实验仪器

2.4.2 基片制备与清洗

2.4.3 薄膜的制备实验过程

2.5 薄膜的检测

2.4.1 电阻测试

2.4.2 光学测试

2.4.3 物相分析

2.4.4 微观形貌研究

2.4.5 膜厚的测量

2.4.6 膜基结合力的测试

2.5 本章小结

第三章 VO2薄膜的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 氧分压的影响

3.2.1 不同氧分压制备薄膜的电学性能研究

3.2.2 不同氧分压制备薄膜的XRD测试

3.3 溅射时间的影响

3.3.1 不同溅射时间制备薄膜的电阻.温度曲线

3.3.2 不同溅射时间制备薄膜的AFM图片

3.3.3 不同溅射时间制备薄膜的可见光透过率

3.4 基底的影响

3.4.1 不同基底上制备薄膜的电阻-温度曲线

3.4.2 不同基底上VO2薄膜的XRD图

3.4.3 不同基底上制备VO2薄膜的SEM图片

3.5 VO2薄膜其他性能的测试

3.5.1 VO2薄膜红外光透过率测试

3.5.2 薄膜膜厚测试

3.6 小结

第四章 掺杂VOx薄膜的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 掺杂机理

4.3 W掺杂VOx薄膜的制备及性能的研究

4.3.1 掺钨VO2薄膜的电学性能测试

4.3.2 掺钨VO2薄膜的光学性能测试

4.3.3 掺钨薄膜的微观形貌测试

4.3.4 掺钨薄膜的XRD测试

4.3.5 XPS测试分析

4.4 Ti掺杂VO2薄膜的制备及性能的研究

4.4.1 掺钛VO2薄膜的电学性能测试

4.4.2 掺钛VO2薄膜的红外透过率测试。

4.4.3 掺钛VO2薄膜的XRD测试

4.4.4 掺钛VO2薄膜的AFM测试

4.5 N掺杂VO2薄膜的制备及其性能研究

4.5.1 掺氮VO2薄膜的电学性能测试

4.5.2 掺氮VO2薄膜的XRD测试

4.6 本章小结

第五章 VO2双层薄膜与智能玻璃的制备和性能研究

5.1 引言

5.2 TiO2/VO2双层薄膜的制备及性能研究

5.2.1 双层膜的电学性能测试

5.2.2 双层膜的AFM测试

5.2.3 双层膜的XRD测试

5.2.4 双层膜的膜基结合力测试

5.2.5 双层膜的可见光透过率测试

5.3 TiO2缓冲层对掺钨氧化钒热敏智能玻璃的制备及性能影响

5.3.1 AFM分析

5.3.2 智能玻璃样品的可见光透过率测试

5.3.3 样品5.3-1与样品5.3-5的XRD测试

5.3.4 样品5.3-1与样品5.3-5的电阻-温度曲线

5.3.5 样品5.3-1与样品5.3-5的FTIR图谱

5.3.6 样品5.3-1与样品5.3-5的SEM测试

5.4 小结

第六章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文