二氧化钒薄膜磁控溅射法制备、结构与光学性能.pdf

二
氧
化
钒
薄
钨
膜
掺磁
控
杂
溅
(申请工学硕士学位论文)
VO2 射
法
热制

致备
、
变结
色构二氧化钒薄膜磁控溅射法制备、结构和光
和
薄光
膜学学性能
性
的能
制

备
宁
与
智
性勇

能
培养单位:材料科学与工程学院
研

究学科专业:材料学
武

汉
研究生:宁智勇
理
刘
工
元指导教师:赵修建教授
大
锴
学
陶海征研究员

武
汉
理
工 2014 年 5 月
大
学

万方数据
分类号密级
学校代码
UDC 10497
学位论文

中文题目二氧化钒薄膜磁控溅射法制备、结构和光学性能
英文题目 The ron sputtering preparation、the structure and
optical performance of the vanadium dioxide thin films
研究生姓名宁智勇
姓名赵修建职称教授学位博士
指导教师
单位名称硅酸盐建筑材料国家重点实验室邮编 430070
姓名陶海征职称研究员学位博士
副指导教师
单位名称硅酸盐建筑材料国家重点实验室邮编 430070
申请学位级别硕士学科专业名称材料学
论文提交日期 2014 年 5 月论文答辩日期 2014 年 5 月
学位授予单位武汉理工大学学位授予日期
答辩委员会主席李远志评阅人李远志
刘保顺


2014 年 5 月

万方数据
独创性声明
本人声明,所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及
取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,
论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得
武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一
同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说
明并表示了谢意。

签名: 日期:

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研究生(签名): 导师(签名): 日期

万方数据
中文摘要
VO2 是一种智能热致变色材料,在 68℃时它会发生可逆的半导体-金属相变。
VO2 薄膜材料在汽车、红外探测、光开关、光存储器等众多领域都发挥着非常重
要的作用。由于在相变前后对红外线透过率的变化性能,二氧化钒成为制备智
能控温窗玻璃的首选材料。
本文采用两种不同靶材制备 VO2 薄膜: V2O5 陶瓷靶在钠钙硅玻璃上
进行射频磁控溅射,预镀 SiOx 薄膜,再镀制 VOx 薄膜,将得到的薄膜放入退火
炉中进行高温热处理,得到了二氧化钒薄膜;研究了过程中不同通氧量和不同
阻挡层 SiOx 的制备工艺对二氧化钒薄膜的物相结构及光学性能的影响。
金属 V 靶在直流磁控溅射条件下,在镀有 SiOx 薄膜的钠钙硅玻璃上不通入反应
气体氧气进行溅射得到的 V 膜和在石英玻璃上通入反应气体氧气进行反应溅射
得到的晶态 V2O5 薄膜,将溅射得到的薄膜分别放入含有一定氧气的高温退火炉
和 Ar 保护气氛下的高温退火炉中,进行氧化和还原热处理,得到了有相变特性
的二氧化钒薄膜。制备 V2O5 薄膜的过程中研究了氧分压、衬底温度和溅射功率
对 V2O5 薄膜性能的影响。利用退火炉热处理制备 VO2 薄膜的过程中,研究了不
同热处理温度、热处理时间和热处理时升温速率对 VO2 薄膜物相、微观结构和
光学性能的影响。结论如下:
(1) 增加阻挡层的镀制时间和提高衬底温度能够有效阻止 Na+的扩散;且利
用 V2O5 陶瓷靶材射频磁控溅射制备得到了 VO2 薄膜,可见光最高透过率为 23%,
在 2000nm 处测试得到的高低温透过率差值达到了 13% 。
(2) 利用金属钒靶直流溅射得到 V 膜,退火氧化得到性能优异的 VO2 薄膜,
2000nm 处的高低温透过率差值为 44%