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磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析

佟国香 李毅 王锋 黄毅泽 方宝英 王晓华 朱慧群 梁倩 严梦 覃源 丁杰 陈少娟 陈建坤 郑鸿柱 袁文瑞

磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析

佟国香, 李毅, 王锋, 黄毅泽, 方宝英, 王晓华, 朱慧群, 梁倩, 严梦, 覃源, 丁杰, 陈少娟, 陈建坤, 郑鸿柱, 袁文瑞
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  • 为了获得相变温度低且热致变色性能优越的光学材料, 室温下在F:SnO2 (FTO)导电玻璃基板表面沉积钨钒金属膜, 再经空气气氛下的热氧化处理, 制备了W掺杂VO2/FTO复合薄膜, 利用X射线光电子能谱、X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和表面形貌进行了分析. 结果表明: 高温热氧化处理过程中没有生成W, F, V混合氧化物, W以替换V原子的方式掺杂. 与采用相同工艺和条件制备的纯VO2/FTO复合薄膜相比, W掺杂VO2薄膜没有改变晶面取向, 仍具有(110)晶面择优取向, 相变温度下降到35 ℃左右, 热滞回线收窄到4 ℃, 高低温下的近红外光透过率变化量提高到28%. 薄膜的结晶程度明显提高, 表面变得平滑致密, 具有很好的一致性, 对光电薄膜器件的设计开发和工业化生产具有重要意义.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2006AA03Z348)、教育部科学技术研究重点项目(批准号: 207033)、上海市教委科学技术研究重点项目(批准号: 10ZZ94)、上海市重点学科(批准号: S30502)、上海市教委科研创新项目(批准号: 12YZ094)、上海市领军人才计划和"区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室"开放基金资助的课题.
    [1]

    Morin F J 1959 Phys. Rev. Lett. 3 34

    [2]

    Lu S W, Hou L S, Gan F X 1999 Thin Solid Films 353 40

    [3]

    Burkhardt W, Christmann T, Meyer B K, Niessner W, Schalch D, Scharmann A 1999 Thin Solid Films 345 229

    [4]

    Gherida M, Vincent H, Marezio M, Launay J L 1977 J. Solid State Chem. 22 423

    [5]

    Villeneuve G, Bordet A, Casalot A, Hagenmuller P 1971 Mater. Res. Bull. 6 119

    [6]

    Wang X J, Liu Y Y, Li D H, Feng B H, He Z W, Qi Z 2013 Chin. Phys. B 22 066803

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    Burkhardt W, Christmann T, Franke S, Kriegseis W, Merster D, Meyer B K, Niessner W, Schalch D, Scharmann A 2002 Thin Solid Films 402 226

    [8]

    Soltani M, Chaker M, Haddad E, Kruzelecky RV, Margot J 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1958

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    Guinneton F, Sauques L, Valmalette J C, Cros F, Gavarri J R 2004 Thin Solid Films 446 287

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    Li J H, Yuan N Y, Xie T B, Dan D D 2007 Acta Phys. Sin. 56 1794 (in Chinese) [李金华, 袁宁一, 谢太斌, 但迪迪 2007 物理学报 56 1794]

    [11]

    Soltani M, Chaker M 2004 J. Vac. Sci. Technol. A 22 859

    [12]

    Zhou S, Li Y, Zhu H Q, Sun R X, Zhang Y M, Huang Y Z, Li L, Shen Y J, Zhen Q X, Tong G X, Fang B Y 2012 Surf. Coat. Technol. 206 2922.

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    Suzuki H, Yamaguchi K, Miyazaki H 2007 Compos. Sci. Technol. 67 1617

    [14]

    Saitzek S, Guinneton F, Sauques L, Aguir K, Gavarri J R 2007 Opt. Mater. 30 407

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    Xu G, Jin P, Tazawa M, Yoshimura K 2004 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 83 29

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    Ruzmetov D, Gopalakrishnan G, Deng J, Narayanamurti V, Ramanathan S 2010 J. Appl. Phys. 107 094305

    [21]

    Okimura K, Ezreena N, Sasakawa Y, Sakai J 2009 Jpn. J. Appl. Phys. 48 065003

    [22]

    Stefanovich G, Pergament A, Stefanovich D 2000 J. Phys.: Condens. Matter 12 8837

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    Kim H T, Chae B G, Youn D H, Kim G, Kang K Y, Lee S J, Kim K, Lim Y S 2005 Appl. Phys. Lett. 86 242101

    [24]

    Ruzmetov D, Gopalakrishnan G, Deng J D, Narayanamurti V, Ramanathan S 2009 J. Appl. Phys. 106 083702

    [25]

    Yang Z, Ko C, Ramanathan S 2010 J. Appl. Phys. 108 073708

    [26]

    Lee M J, Park Y, Suh D S, Lee E H, Seo S, Kim D C, Jung R, Kang B S, Ahn S E, Lee C B, Seo D H, Cha Y K, Yoo I K, Kim J S, Park B H 2007 Adv. Mater. 19 3919

    [27]

    Yang T H, Jin C M, Zhou H H, Narayan R J, Narayan J 2010 Appl. Phys. Lett. 97 702101

    [28]

    Heinilehto S T, Lappalainen J H, Jantunen H M, Lantto V 2011 J. Electroceram 27 7

    [29]

    Zhu H Q, Li Y, Zhou S, Huang Y Z, Tong G X, Sun R X, Zhang Y M, Zheng Q X, Li L, Shen Y J, Fang B Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 098104 (in Chinese) [朱慧群, 李毅, 周晟, 黄毅泽, 佟国香, 孙若曦, 张宇明, 郑秋心, 李榴, 沈雨剪, 方宝英 2011 物理学报 60 098104]

    [30]

    Bowman R M, Gregg J M 1998 J. Mater. Sci: Mater. Electron. 9 187

    [31]

    Atrei A, Bardi U, Tarducci C, Rovida G 2000 J. Phys. Chem. B 104 3121

    [32]

    Continenza A, Massidda S, Posternak M 1999 Phys. Rev. B 60 15699

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    Ruzmetov D, Gopalakrishnan G, Deng J D, Narayanamurti V, Ramanathan S 2009 J. Appl. Phys. 106 083702

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    Yang Z, Ko C, Ramanathan S 2010 J. Appl. Phys. 108 073708

    [26]

    Lee M J, Park Y, Suh D S, Lee E H, Seo S, Kim D C, Jung R, Kang B S, Ahn S E, Lee C B, Seo D H, Cha Y K, Yoo I K, Kim J S, Park B H 2007 Adv. Mater. 19 3919

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  • [1] 朱慧群, 李毅, 叶伟杰, 李春波. 花状掺杂W-VO2/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究. 物理学报, 2014, 63(23): 238101. doi: 10.7498/aps.63.238101
    [2] 郑树文, 范广涵, 何苗, 赵灵智. W掺杂对β-Ga2O3导电性能影响的理论研究. 物理学报, 2014, 63(5): 057102. doi: 10.7498/aps.63.057102
    [3] 张翅, 陈新亮, 王斐, 闫聪博, 黄茜, 赵颖, 张晓丹, 耿新华. 衬底温度对反应磁控溅射W掺杂ZnO薄膜的微观结构及光电性能的影响. 物理学报, 2012, 61(23): 238101. doi: 10.7498/aps.61.238101
    [4] 李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖. H2 气对脉冲磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 067304. doi: 10.7498/aps.60.067304
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    [8] 袁文瑞, 李毅, 王晓华, 郑鸿柱, 陈少娟, 陈建坤, 孙瑶, 唐佳茵, 刘飞, 郝如龙, 方宝英, 肖寒. VO2/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究. 物理学报, 2014, 63(21): 218101. doi: 10.7498/aps.63.218101
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    [10] 罗晓东, 狄国庆. 溅射制备Ge,Nb共掺杂窄光学带隙和低电阻率的TiO2薄膜. 物理学报, 2012, 61(20): 206803. doi: 10.7498/aps.61.206803
    [11] 陈明, 周细应, 毛秀娟, 邵佳佳, 杨国良. 外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究. 物理学报, 2014, 63(9): 098103. doi: 10.7498/aps.63.098103
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    [13] 胡 冰, 李晓娜, 董 闯, 姜 辛. 磁控溅射法合成纳米β-FeSi2/a-Si多层结构. 物理学报, 2007, 56(12): 7188-7194. doi: 10.7498/aps.56.7188
    [14] 张传军, 邬云骅, 曹鸿, 高艳卿, 赵守仁, 王善力, 褚君浩. 不同衬底和CdCl2退火对磁控溅射CdS薄膜性能的影响. 物理学报, 2013, 62(15): 158107. doi: 10.7498/aps.62.158107
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    [16] 王延峰, 黄茜, 宋庆功, 刘阳, 魏长春, 赵颖, 张晓丹. W掺杂ZnO透明导电薄膜的理论及实验研究. 物理学报, 2012, 61(13): 137801. doi: 10.7498/aps.61.137801
    [17] 王雅琴, 姚刚, 黄子健, 黄鹰. 用于红外激光防护的高开关率VO2薄膜. 物理学报, 2016, 65(5): 057102. doi: 10.7498/aps.65.057102
    [18] 狄国庆. 溅射制备Ta2O5薄膜的表面形貌与光学特性. 物理学报, 2011, 60(3): 038101. doi: 10.7498/aps.60.038101
    [19] 王延峰, 孟旭东, 郑伟, 宋庆功, 翟昌鑫, 郭兵, 张越, 杨富, 南景宇. V掺杂ZnO透明导电薄膜研究. 物理学报, 2016, 65(8): 087802. doi: 10.7498/aps.65.087802
    [20] 王延峰, 张晓丹, 黄茜, 杨富, 孟旭东, 宋庆功, 赵颖. B掺杂ZnO透明导电薄膜的实验及理论研究. 物理学报, 2013, 62(24): 247802. doi: 10.7498/aps.62.247802
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-09
  • 修回日期:  2013-07-04
  • 刊出日期:  2013-10-20

磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析

  • 1. 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093;
  • 2. 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093;
  • 3. 上海电力学院计算机与信息工程学院, 上海 200090
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号: 2006AA03Z348)、教育部科学技术研究重点项目(批准号: 207033)、上海市教委科学技术研究重点项目(批准号: 10ZZ94)、上海市重点学科(批准号: S30502)、上海市教委科研创新项目(批准号: 12YZ094)、上海市领军人才计划和"区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室"开放基金资助的课题.

摘要: 为了获得相变温度低且热致变色性能优越的光学材料, 室温下在F:SnO2 (FTO)导电玻璃基板表面沉积钨钒金属膜, 再经空气气氛下的热氧化处理, 制备了W掺杂VO2/FTO复合薄膜, 利用X射线光电子能谱、X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和表面形貌进行了分析. 结果表明: 高温热氧化处理过程中没有生成W, F, V混合氧化物, W以替换V原子的方式掺杂. 与采用相同工艺和条件制备的纯VO2/FTO复合薄膜相比, W掺杂VO2薄膜没有改变晶面取向, 仍具有(110)晶面择优取向, 相变温度下降到35 ℃左右, 热滞回线收窄到4 ℃, 高低温下的近红外光透过率变化量提高到28%. 薄膜的结晶程度明显提高, 表面变得平滑致密, 具有很好的一致性, 对光电薄膜器件的设计开发和工业化生产具有重要意义.

English Abstract

参考文献 (32)

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