一种二氧化钒薄膜低温沉积方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能薄膜制备技术领域，涉及一种二氧化钒薄膜的制备工艺，尤其涉及一种二氧化钒薄膜低温沉积方法。
技术背景
[0002]VO2是一种固态热致相变材料，单晶VO 2在相变温度(T。)68 V时会从高温的四方晶系金红石型转变到低温的单斜晶系畸变金红石型，随着温度的变化它的晶态结构相应地发生从金属态到半导体态的一级位移相变。VO2的相变特性是热致相变，温度的变化会导致其电阻率、光透过率发生可逆的变化。太阳辐射的总能量中有98 %都是处于红外光与可见光波段，其中大多数都集中在红外波段，而VO2在发生半导体-金属相变时正好对红外波段的光透过率和反射率发生突变，二氧化钒这种特性使其成为智能节能窗材料的首选。夏天温度高时，V02#于高温金属态，此时其对红外光透过率很低，可以抑制红外光的入射，达到降低室温的目的；与之相反，当外界温度低于VO2薄膜的相变温度时，红外光可以以较高的透过率透过智能窗，使室内温度上升。将窗户安装上镀有VO2薄膜的玻璃，则可实现冬暖夏凉的目的。
[0003]VO2薄膜通常的沉积温度一般为450~500°C，或者通过常温沉积高温退火(450-5000C )方式获得，而窗玻璃通常是钢化玻璃，即玻璃制成后要经过约600°C的钢化过程。这给在窗用玻璃上制备乂02薄膜带来了困难:如果以钢化后玻璃来沉积VO 2薄膜，则由于沉积温度较高，玻璃原先的钢化效果将大大减弱；如果普通玻璃沉积￥02薄膜后再进行钢化，这时钢化温度太高，原先已镀制的￥02薄膜将失去相变性能。低温沉积技术则可以解决这个难题，即通过降低沉积温度，使沉积工艺可以直接在钢化玻璃上进行，具有重大应用价值。
[0004]本发明介绍了一种二氧化钒玻璃的低温制备方法，以钒为靶材，通过反应磁控溅射的技术，在沉积过程中添加基底负偏压的方法，实现了二氧化钒薄膜低温沉积目的，具有巨大的价值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种工艺简单的高质量二氧化钒薄膜低温制备方法，制备工艺采用反应磁控溅射技术，磁控溅射是通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对电子的约束来提高等离子密度以增加溅射率的方法，反应磁控溅射是在磁控溅射过程中以金属为靶材，通过通入活性气体和溅射出的金属原子反应制备化合物薄膜的方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案具体为:
一种二氧化钒薄膜低温沉积方法，采用磁控溅射技术，以金属钒或钒合金为靶材，以氧气为反应气体，氩气为溅射气体；制备薄膜前，先将真空室抽至低于1X10 3Pa本底真空，然后通入氧气和氩气混合气体，氧分压保持为0.01-0.06Pa，在沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240?260°C，并在基底添加负偏压，靶表面溅射功率密度为2-3W/cm2，在基底表面得到高性能的VO2薄膜。该方法不需要退火等后处理过程，直接制备出VO 2薄膜。
[0007]进一步的，在所述沉积薄膜过程中，在基底添加负偏压，偏压大小为-100V ~-250Vo
[0008]进一步的，所述基底为普通玻璃、石英玻璃、钢化玻璃、蓝宝石、玻璃钢或不锈钢。
[0009]优选的，所述基底为钢化玻璃。
[0010]优选的，在所述沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240°C。
[0011]优选的，靶表面溅射功率密度为2W/cm2。
[0012]一种二氧化钒薄膜低温沉积方法，主要用于在以钢化玻璃为基底时的二氧化钒薄膜沉积。具体采用反应磁控溅射技术，以金属钒或钒合金为靶材，以氧气为反应气体，氩气为溅射气体；制备薄膜前，先将真空室抽至低于I X 10 3Pa本底真空，然后通入氧气和氩气混合气体，氧分压保持为0.01-0.06Pa，在沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240°C，并在基底添加负偏压，偏压大小为-100V ~ -250V ;靶表面溅射功率密度为2-3W/cm2，制备出高性能的VO2薄膜。
[0013]本发明具有以下技术效果:
1.本发明的低温沉积方法将VO2薄膜的沉积温度由通常的400-500°C，最低降低到了约240°C，并配合适当的负偏压及其他工艺参数制备出具有良好相变性能的高性能￥02薄膜；大大降低了生产成本；且尤其针对在不改变钢化玻璃的钢化效果的前提下，在钢化玻璃表面能够形成高性能VO2薄膜，进而使得其与现有钢化玻璃的工艺兼容性大大提高，具有非常大的应用价值。
[0014]2.本发明的乂02薄膜的低温沉积，避免了沉积后高温退火工艺，简化了生产工艺，节约制造成本，制备过程中不涉及对环境有污染的原材料。不需要后处理工艺，一次在低温下制备出二氧化钒薄膜。
[0015]3.本发明在智能窗等多个领域有广泛应用前景。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1中-150V负偏压下钨掺杂VO2薄膜不同温度下的透射谱；图2为本发明实施例2中-200V负偏压下钨掺杂VO2薄膜不同温度下的透射谱；
图3为本发明实施例2中-185V负偏压下纯VO2薄膜不同温度下的透射谱。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]实施例1
本实施例中VO2薄膜的制备是采用直流反应磁控溅射，以钒钨合金靶(W at.%=0.81%)为靶材，基底为K9玻璃，经过酒精和去离子水分别超声清洗10分钟，薄膜制备时的本底真空为6X10 4Pa,以氧气和氩气为反应气体和溅射气体，制备薄膜前，先对靶材预溅射10分钟以去除表面污染物，工作真空为0.5Pa，氧分压0.02Pa，沉积温度保持为245°C，在沉积薄膜过程中，在基底添加负偏压，偏压大小为-150V，溅射功率为80W，沉积时间为30min得到均匀致密的VO2薄膜。其中，本实施例采用钒钨合金靶，通过调节靶材中钨含量可方便地调节VO2薄膜的相变温度。所制备二氧化钒薄膜样品相变前后样品透过率随波长变化曲线见图1，由图可见，所制备薄膜二氧化钒相变温度低，具有良好相变和红外调节性能。
[0019]
实施例2
二氧化银薄膜的制备是采用直流反应磁控派射，以掺妈的银妈合金革G(W.at.0Zo=0.81%)为靶材，基底为钢化玻璃，经过酒精和去离子水分别超声清洗10分钟，薄膜制备时的本底真空为6 X 10 4Pa,以氧气和氩气为反应气体和溅射气体，制备薄膜前，先把靶材预溅射1min以去除表面污物，工作真空为0.5Pa，氧分压为0.02Pa，沉积温度保持为240°C，在沉积薄膜过程中，在基底添加-200V负偏压，溅射功率为80W，沉积时间为30min，则在钢化玻璃基底上得到均匀致密的二氧化钒薄膜。所得制备二氧化钒薄膜样品相变前后样品透过率随波长变化曲线见图2，由图可见，所制备薄膜具有良好相变性能。且本实施例中所采用的基底为钢化玻璃，为不影响钢化玻璃的钢化效果，将￥02薄膜的沉积温度保持在240°C，并配合适当的负偏压及其他工艺参数，在钢化玻璃表面形成具有良好相变性能的高性能VO2薄膜；大大降低了生产成本。与实施例1相比，本实施例主要目的在于在钢化玻璃表面形成VO2薄膜，为实现该目的，本实施例将沉积温度保持在240°C，对基底添加适当的负偏压大小，并配合其他工艺参数，以在钢化玻璃表面获得具有良好相变性能的高性能VO2薄膜。另外所得￥02薄膜的相变温度等相变性能与实施例1也有不同。
[0020]
实施例3
二氧化钒薄膜的制备是采用直流反应磁控溅射，以纯钒为靶材，基底为K9玻璃，经过酒精和去离子水分别超声清洗10分钟，薄膜制备时的本底真空为6 X 10 4Pa,以氧气和氩气为反应气体和溅射气体，制备薄膜前，先把靶材预溅射1min以去除表面污物，工作真空为
0.5Pa，氧分压为0.02Pa，沉积温度保持为250°C，在沉积薄膜过程中，在基底添加-185V负偏压，溅射功率为80W，沉积时间为30min得到均匀致密的VO2薄膜。所得制备二氧化钒薄膜样品相变前后样品透过率随波长变化曲线见图3，由图可见，所制备薄膜具有良好相变性會K。
[0021]本发明详述的上述实施方式，及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，所述二氧化钒薄膜低温沉积方法采用磁控溅射技术，以金属钒或钒合金为靶材，以氧气为反应气体，氩气为溅射气体；制备薄膜前，先将真空室抽至低于1X10 3Pa本底真空，然后通入氧气和氩气混合气体，氧分压保持为0.01—0.06Pa，在沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240?260 °C，并在基底添加负偏压，靶表面溅射功率密度为2-3W/cm2，制备在基底表面得到高性能的VO2薄膜。2.根据权利要求1所述的二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，在所述沉积薄膜过程中，在基底添加负偏压，偏压大小为-100V ~ -250V。3.根据权利要求1所述的二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，所述基底为普通玻璃、石英玻璃、钢化玻璃、蓝宝石、玻璃钢或不锈钢。4.根据权利要求1或3所述的二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，所述基底为钢化玻璃。5.根据权利要求1或2或3所述的二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，在所述沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240°C。6.根据权利要求1所述的二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，靶表面溅射功率密度为2W/cm2。7.根据权利要求1或2或3所述的二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，该工艺不需要退火等后处理过程，直接制备出VO2薄膜。8.一种二氧化钒薄膜低温沉积方法，其特征在于，所述二氧化钒薄膜低温沉积方法采用反应磁控溅射技术，以金属钒或钒合金为靶材，选用钢化玻璃作为基底，以氧气为反应气体，氩气为溅射气体；制备薄膜前，先将真空室抽至低于I X 10 3Pa本底真空，然后通入氧气和氩气混合气体，氧分压保持为0.01-0.06Pa，在沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240°C，并在基底添加负偏压，偏压大小为-100V ~ -250V;靶表面溅射功率密度为2-3W/cm2，制备得到高性能的VO2薄膜。
【专利摘要】本发明公开了一种低温沉积二氧化钒薄膜的方法，采用磁控溅射技术，以金属钒或钒合金为靶材，以氧气为反应气体，氩气为溅射气体；制备薄膜前，先将真空室抽至低于1×10-3Pa本底真空，然后通入氧气和氩气混合气体，氧分压保持为0.01—0.06Pa，在沉积薄膜过程中，控制沉积温度为240～260℃，并在基底添加负偏压，靶表面溅射功率密度为2-3W/cm2，在基底表面得到高性能的VO2薄膜。本发明的低温沉积方法将VO2薄膜的沉积温度低，并配合适当的负偏压及其他工艺参数制备出的薄膜均匀致密、二氧化钒相变温度低，具有良好相变性能的高性能VO2薄膜；大大降低了生产成本。
【IPC分类】C23C14/35, C23C14/08
【公开号】CN105132877
【申请号】CN201510590007
【发明人】张东平, 朱茂东, 杨凯, 范平, 蔡兴民, 罗景庭, 钟爱华, 林思敏
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月16日