化学气相沉积法制备智能窗用热致变色VO2薄膜的研究进展

热致变色智能窗是通过在玻璃上沉积温度刺激响应型材料,实现根据环境温度调控窗户玻璃的太阳光透过率,减少建筑物能耗的节能窗户。二氧化钒(VO₂)是一种典型的热致相变材料,在～68℃发生金属-绝缘体相变,相变前后伴随光学性能的显著变化,在智能窗等多个领域有潜在的技术应用。然而,当前VO₂基热致变色智能窗的应用仍存在着相变温度(τ_c)偏高、可见光透过率(T_lum)低和太阳能调节效率(ΔT_sol)不足等问题,无法满足实际建筑节能的需求。为了解决这些问题,研究人员开展了广泛而深入的工作。化学气相沉积法(Chemical vapor deposition, CVD)能够以合理的成本生产高质量、大面积的VO₂薄膜,受到研究者青睐。本文总结了近年来利用CVD技术制备VO₂薄膜的研究进展,系统介绍常压化学气相沉积、气溶胶辅助化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积、原子层沉积和等离子体增强化学气相沉积等CVD工艺,分析了反应物种类及比例、反...     

二氧化钒薄膜的研究进展

系统总结了VO₂薄膜常用的制备方法,并针对目前热色智能窗用VO₂薄膜存在的问题,如透过率低、调节率不理想等,详细综述了提高VO₂薄膜性能的工艺改进途径,包括沉积减反层、加入折射率小的材料、掺杂等,以揭示改善VO₂薄膜的最佳途径,为推进VO₂智能窗的实用化提供依据。     

钨掺杂二氧化钒薄膜的THz波段相变性能的研究

通过溶胶–凝胶法制备纯的VO₂和W掺杂的VO₂薄膜, 并且进行了XPS、AFM和XRD的分析与表征, 并观察了其微观形貌和结构. 同时研究了VO₂和W掺杂VO₂在红外光谱(λ=4 μm)和THz(0.3~1.0 THz)区域的金属–绝缘转变性能. 结果表明: 室温下W掺杂的VO₂薄膜在红外和THz区域的初始透过率都比纯的VO₂薄膜低. 在THz波段, W掺杂的VO₂表现出更低的相变温度. 同时在VO₂和W掺杂VO₂相变过程中, 观察到了金属–绝缘转变和结构转变的现象, W掺杂VO₂具有明显的峰位偏移现象.     

MBE技术蓝宝石衬底上生长VO2薄膜及其太赫兹和金属-绝缘体相变特性研究

采用分子束外延(MBE)技术在单晶蓝宝石衬底上生长了高质量化学计量比二氧化钒(VO₂)薄膜, 通过该技术实现薄膜厚度15~60 nm精确控制。对于优化条件下VO₂薄膜, 实现了电阻率变化超过4个数量级的优异金属-绝缘体相变, 近似于之前报道高质量单晶VO₂相变特性。特别是通过太赫兹时域光谱分析了不同厚度的VO₂薄膜在太赫兹波段的光学特性。结果表明: VO₂薄膜的厚度对其在太赫兹波段的光学特性有很大影响。因此, 为了获得更优的可靠性和重复性能, VO₂薄膜的厚度必须得到精确控制。本研究结果对于下一步VO₂基太赫兹器件研究具有重要意义。     

二氧化钒-1,4-双(苯并噁唑-2-基)萘复合薄膜及其热致变色和发光性能

二氧化钒(VO₂)是一种较理想的可用于调节室内温度的热致变色智能玻璃材料。然而,VO₂基智能玻璃涂层的应用一直受到其固有的令人不易接受的棕黄色等问题的限制。本文用1, 4-双(苯并噁唑-2-基)萘(KCB)与掺钨二氧化钒纳米颗粒制备了双层结构VO₂-KCB复合薄膜,其中有机荧光分子KCB层吸收太阳光中的紫外线,发出蓝绿色荧光,使复合薄膜在太阳光下呈现浅蓝色或蓝绿色,以改善VO₂薄膜固有的棕黄色。复合薄膜具有9%以上的太阳光调制能力ΔT_sol,可见光透过率T_lum大于73%,且具有较好防紫外性能。这些性能将非常有利于进一步拓展VO₂基智能玻璃涂层的实际应用。      

沉积温度对IMO透明导电薄膜光电性能的影响

采用射频磁控反应溅射法在K9玻璃衬底上制备了掺钼氧化铟(Mo:In2O3,IMO)透明导电薄膜,研究了不同沉积温度条件下IMO薄膜的晶体结构、形貌及光电性能。结果表明:不同沉积温度下IMO薄膜均具有(222)择优取向。随着沉积温度的升高,IMO薄膜的载流子浓度增大、载流子迁移率增大、电阻率减小;沉积温度为350℃时,薄膜的最低电阻率为6.9×10-4Ω.cm,载流子浓度为2.15×1020cm-3,迁移率为45 cm2V-1s-1。在可见及近红外区,IMO薄膜的平均透过率大于80%以上。在近红外区,薄膜透过率随沉积温度的升高而增大;在中红外区,由于载流子的吸收,薄膜透过率迅速下降。     

残余应力对SrRuO3薄膜磁学及电输运性能的影响

采用射频磁控溅射法在单晶SrTiO₃ (STO)衬底和硅(Si)衬底上制备出不同取向的SrRuO₃ (SRO)薄膜, 对薄膜的残余应力进行了分析, 并研究了应力对不同取向SRO薄膜磁学性能与电输运特性的影响。根据X射线衍射(XRD)结果分析可知, Si基SRO薄膜为多晶单轴取向薄膜, 且应力来源主要为热失配拉应力; STO基SRO薄膜为外延薄膜, 其应力主要为热失配压应力和外延压应力; 磁学性能测试表明, (001)取向SRO薄膜比(110)取向薄膜拥有更高的居里温度T_C; 压应力提高了(001)取向SRO薄膜的T_C, 却降低了(110)取向薄膜的T_C。电阻性能测试表明, 对于在同种类型衬底上沉积的SRO薄膜, (001)取向的薄膜的剩余表面电阻比(RRR)高于(110)取向的薄膜。另外, 拉应力引起了薄膜微结构的无序度增加, 弱化了表面电阻率的温度依赖性, 提高了金属绝缘体转变温度(T_MI)。     

SnO2退火温度对钙钛矿太阳能电池性能的影响

电子传输层是钙钛矿太阳能电池的关键部分, 起到阻挡空穴、传输电子和减少电子空穴复合的作用。本研究采用低温溶液法制备SnO₂薄膜作为钙钛矿电池的电子传输层, 研究SnO₂的退火温度对电子传输层微观形貌、物理性能以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明: 当退火温度为60、90、120和240 ℃时, SnO₂薄膜表面存在较多的孔隙; 而退火温度为150、180和210 ℃时, 薄膜表面孔隙较少。在实验温度下, 制备的SnO₂薄膜为四方相, FTO玻璃上涂覆SnO₂薄膜后其透过率要优于空白FTO玻璃的透过率。当SnO₂退火温度为180 ℃时, 薄膜的电子迁移率最高, 钙钛矿电池具有最佳的传输电阻和复合电阻, 所得电池的性能最优, 其光电转换效率为17.28%, 开路电压为1.09 V, 短路电流为20.91 mA/cm², 填充因子为75.91%。     

透明导电InSnGaMo氧化物薄膜光电性能研究

利用脉冲激光沉积法在石英衬底上制备出了可见光透过率高、电阻率极低的Ga,Mo共掺杂ITO基InSnGaMo复合氧化物薄膜。研究了衬底温度对薄膜结构、表面形貌、光电性能的影响。实验结果表明:衬底温度对InSnGaMo复合氧化物薄膜形貌、光电性能均有很大影响。X射线衍射、扫描电镜和霍尔测试结果表明,随着衬底温度的升高,薄膜晶粒度增大,电阻率快速下降,可见光平均透过率明显提高。当衬底温度为450℃时,InSnGaMo复合氧化物薄膜的电阻率最低为4.15×10-4Ω.cm,载流子浓度和迁移率最大分别为3×1020cm-3,45 cm2V-1s-1,在可见及近红外区平均透过率达92%,特别地,波长为362 nm时,最高透射率可达99%。     

PdSe2半导体薄膜的真空硒化法制备研究

PdSe₂薄膜主要通过机械剥离法和气相沉积法制得, 本研究采用一种简单有效的可在SiO₂/Si衬底上制备PdSe₂薄膜的方法。通过高真空磁控溅射技术在SiO₂/Si衬底上沉积一层Pd金属薄膜, 将Pd金属薄膜与Se粉封在高真空的石英管中并在一定的温度下进行硒化, 获得PdSe₂薄膜。根据截面高分辨透射电镜(HRTEM)照片可知PdSe₂薄膜的平均厚度约为30 nm。进一步研究硒化温度对PdSe₂薄膜电输运性能的影响, 当硒化温度为300 ℃时, 所制得的PdSe₂薄膜的体空穴浓度约为1×10¹⁸ cm^-3, 具有最大的室温迁移率和室温磁阻, 分别为48.5 cm²·V^-1·s^-1和12%(B=9 T)。值得注意的是, 本实验中通过真空硒化法获得的薄膜空穴迁移率大于通过机械剥离法制得的p型PdSe₂薄膜。随着硒化温度从300 ℃逐渐升高, 由于Se元素容易挥发, Pd薄膜的硒化程度逐渐减小, 导致薄膜硒含量、迁移率和磁电阻降低。本研究表明：真空硒化法是一种简单有效地制备PdSe₂薄膜的方法, 在贵金属硫族化合物的大面积制备及多功能电子器件的设计中具有潜在的应用价值。     

基于MoS2/SiO2范德华异质结的VO2薄膜转移打印研究

近年来, 柔性电子器件由于在物联网、生物电子等领域的潜在应用引起了研究者的广泛关注。功能氧化物材料在柔性聚合物中的集成已被证明是实现高性能柔性电子器件的有效方式。由于功能氧化物薄膜通常需要高温制备, 直接在柔性聚合物基底上合成高质量的氧化物薄膜仍然是一个巨大的挑战。本研究提出了一种基于MoS₂/SiO₂范德华异质结转移打印大面积VO₂薄膜的方法, 即利用MoS₂和SiO₂薄膜亲疏水性能的不同, 可以仅使用去离子水解离MoS₂/SiO₂范德华异质结界面, 成功将Si/SiO₂/MoS₂/SiO₂/VO₂ 多层膜结构上的VO₂薄膜转印到Si、SiO₂/Si以及柔性基底上。X射线衍射(XRD)结果显示, 转印前后VO₂薄膜的晶体结构没有差异, 变温Raman光谱和变温红外反射光谱证明了转印前后VO₂薄膜良好的金属-绝缘体转变性能。本研究提供了一种有效的功能氧化物薄膜转印方法, 在不引入牺牲层和腐蚀性溶剂的条件下, 实现了VO₂薄膜在任意基底上的低温集成, 为柔性可穿戴电子器件的研制提供了一种新思路。     

氢气与Cu中间层对GZO薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射方法, 在H₂/Ar混合气氛下制备了GZO薄膜和在Ar气氛下制备了GZO/Cu/GZO多层结构薄膜, 分别研究了H2流量和Cu层厚度对薄膜透明导电性能的影响。在此基础上, 在H₂/Ar混合气氛下制备了GZO/Cu/GZO多层结构薄膜, 对Cu层厚度对其性能的影响进行了研究。结果表明, 沉积气氛中引入H₂能有效降低GZO薄膜的电阻率而提高其透光率, 在H₂流量为20 sccm时GZO薄膜具有最佳性能。随着Cu厚度的增加, GZO/Cu/GZO多层结构薄膜的电阻率和平均透过率显著下降。在H₂/Ar混合气氛下制备的氢化GZO/Cu/GZO多层结构薄膜的电阻率普遍低于Ar气氛下制备的GZO/Cu/GZO多层结构薄膜, 但其透光率却随Cu层厚度的增加而显著降低。另外, 薄膜的禁带宽度随H₂流量的增加而增加, 随Cu层厚度的增加而减小。     

溅射功率对磁控溅射法制备MgF2薄膜组织和性能的影响

为了减少磁控溅射法沉积MgF₂薄膜的F贫乏缺陷, 在工作气体Ar₂中加入SF₆作为反应气体, 在石英玻璃衬底上用射频磁控溅射法制备了MgF₂薄膜, 研究了溅射功率对MgF₂薄膜化学成分、微观结构和光学性能的影响。结果表明, 随着溅射功率从115 W增加到220 W, F: Mg的原子比不断增加, 185 W时达到2.02, 最接近理想化学计量比2 : 1;薄膜的结晶度先提高后降低, 最后转变为非晶态; MgF₂薄膜的颗粒尺寸先是有所增加, 轮廓也变得更加清晰, 最后又变得模糊。MgF₂薄膜的折射率先减小后增大, 在185 W时获得最低值, 550 nm波长的折射率1.384非常接近MgF₂块体晶体;镀膜玻璃在300~1100 nm范围内的透光率(以下简称薄膜透光率)先增大后减小, 185 W时达到94.99%, 比玻璃基底的透光率高出1.79%。     

缺陷对β-Ga2O3薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频磁控溅射技术和后期退火在蓝宝石衬底上成功制备了β-Ga₂O₃薄膜。借助于X射线衍射(XRD)、拉曼散射光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、以及二次离子质谱(SIMS)研究了缺陷对β-Ga₂O₃薄膜的结构和光学特性的影响。结果表明,未退火的Ga₂O₃薄膜呈现非晶态,随高温退火时间逐渐增加,非晶Ga₂O₃薄膜逐步转变为沿(-201)方向择优生长的β-Ga₂O₃薄膜。所有Ga₂O₃薄膜在近紫外到可见光区的平均透过率都高达95%,β相Ga₂O₃薄膜的光学带隙比非晶态薄膜增加~0.3 eV,且随退火时间的增加,β-Ga₂O₃薄膜的光学带隙也随之变宽。此外,发现非晶Ga₂O₃薄膜富含氧空位缺陷,高温退火处理后,β-Ga₂O₃薄膜中的氧空位浓度明显降低,但蓝宝石衬底中的Al极易扩散至Ga₂O₃薄膜层,并随退火时间的增加Al浓度明显增加,氧空位的降低和Al杂质的增加是导致β-Ga₂O₃薄膜光学带隙变宽的主要原因。     

Growth of Ti:sapphire single crystal thin films by pulsed laser deposition

This paper documents the growth of single crystal Ti:sapphire thin films, typically 10 μm thick, on undoped sapphire substrates using pulsed laser deposition from a Ti:sapphire single crystal target with a doping level of 0.1 wt.% Ti₂O₃. These thin films are shown to have very high crystal quality using ion beam channelling and X-ray diffraction techniques. The degree of titanium incorporation into the films is investigated using inductively coupled plasma mass spectrometry and particle induced X-ray emission. These techniques show that levels of up to 0.08 wt.% Ti₂O₃ are present in the deposited layers.     

喷雾热分解法制备ITO薄膜及其光电性能研究

采用自制的喷雾热分解装置在玻璃衬底上制备ITO薄膜,并对实验条件进行了正交设计,以考察制备ITO薄膜的优良条件,结果表明,影响ITO薄膜光电性能的主要因素是基板温度。制备ITO薄膜的优化条件为：基板温度300℃,载气气流速度1L·min^-1,退火温度540℃,溶液配比为铟锡比10：1,喷嘴与基板距离8cm,薄膜沉积时间3．5min,相应的透光率为97％,方块电阻3875Ω／。