基本信息
所属科技项目名称:北京市自然基金面上项目
项目主管部门:北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会
科技成果信息
科技成果名称:高功率脉冲磁控溅射沉积二氧化钒热致变色薄膜
关键词:薄膜;热致变色;二氧化钒;高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)
科技成果类型:原始创新
科技成果所处阶段:实验室研究
科技成果应用领域:建筑业
科技成果简介:氧化钒(VO2)薄膜是一种重要的相变材料,传统磁控溅射工艺存在高温、薄膜相变性能不稳定等问题。高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有高峰值功率密度、高电离度和高等离子体密度等特点,可通过调控工艺参数,实现低温原位沉积致密薄膜。本项目采用HiPIMS沉积热致变色VO2薄膜的研究,重点研究HiPIMS放电参数以及氧气含量对HiPIMS沉积VO2薄膜性能的影响。通过发射光谱仪(OES)和示波器诊断HiPIMS溅射过程中等离子体的活性粒子组成、等离子体放电电流、电压波形以及峰值功率密度;通过计算确定HiPIMS溅射过程中等离子体在不同放电参数情况下的具体峰值功率密度,评价HiPIMS放电状态;考察不同O2百分含量、脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度等放电因素,研究HiPIMS溅射工艺参数对沉积薄膜成分、结构以及热致变色性能的影响规律。研究结果:氧的百分比为10%时,峰值电流为最大,然后随着氧气的增加,峰值功率密度呈上升趋势,峰值电流开始降低,说明金属靶被氧化。在氧气百分含量为7%时,薄膜的主要成分为VO2,表现出良好的热致变色性能。随着脉冲电压的增大,沉积速率增大,当脉冲电压达到1200 V时,沉积速率达到了39.35 nm/min,随着脉冲电压的升高,功率密度增加,XRD显示薄膜结晶度变好,薄膜的相变特性与结晶度有关,脉冲电压主要影响薄膜的结晶度,不影响薄膜的成分。电压为1300 V时,氧气百分比为14%和15%,薄膜出现相变性能,并且发现在相同条件下硅基底上的薄膜相变性能比玻璃基底上更好。1300 V下退火后的样品的相变性能得到了改善,达到三个数量级变化。本项目有助于实现低温沉积热致变色VO2薄膜,也可以推广应用到其他功能薄膜,如沉积TiO2薄膜、ZnO薄膜等。
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