TiN及其掺杂/复合薄膜的制备与研究

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随着全球能源问题的日益突出和人们的环保意识的提高,开发新型的节能环保材料迫在眉睫。低辐射镀膜玻璃作为一种新型建筑材料,在降低建筑能耗方面具有重要作用。本文以应用广泛的TiN薄膜为研究对象,主要研究了沉积温度对其光电性能的影响规律。在此基础上研究了掺杂及复合薄膜调控TiN光电性能的作用,分别制备了掺Ta的TiN薄膜以及TiN/Ag/Cu2O/TiO2多层复合膜,以期获得综合性能良好的低辐射薄膜,为扩大以TiN为基础的低辐射膜系应用提供理论支持。本文采用设备简单、易于控制且重复性好的磁控溅射方法,制备了TiN及其掺杂和复合薄膜,研究了沉积温度、掺杂及复合等对薄膜光电性能的影响,具体研究内容如下:1.采用直流反应磁控溅射法制备了不同沉积温度下的纳米TiN薄膜。使用椭偏仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、原子力显微镜、紫外/可见分光光度计和霍尔测量仪对所制备的TiN样品的结构和性能进行了表征。结果表明:随着沉积温度的升高,TiN薄膜的晶粒尺寸增大(由15.4 nm变为17.4 nm),表面粗糙度增大。TiN薄膜的缺陷以钛空位和氮空位为主,随沉积温度的升高,薄膜内的空位减少。使用椭圆偏振光谱仪测量了薄膜的光学性能,采用Drude-lorentz复合模型分析了所得TiN薄膜的介电和光学性能,TiN薄膜在可见光区和近红外区表现出典型的Drude-lorentz行为,通过霍尔测量和紫外/可见分光光度计测量对结果进行了验证,随着沉积温度的升高,薄膜在近红外区域的反射率增加。2.采用双靶直流磁控溅射法制备了不同溅射功率下的Ta掺杂TiN薄膜,采用椭偏仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、紫外/可见分光光度计对所制备的掺杂TiN薄膜进行结构和性能表征。结果表明:随着Ta掺杂量的增加,薄膜的透光率先增大后减少,薄膜的等离子体共振点往高能方向移动,Ta掺杂量较少时,等离子体共振点往高能方向移动相对较小,所以薄膜在可见光区的透射率有所提高;而Ta掺杂量较多时,Ta的掺杂导致薄膜的金属性增强,等离子共振点往高能方向移动较大,导致薄膜的透射率下降。3.采用磁控溅射法制备了多层复合膜TiN/Ag/Cu2O/TiO2,使用X射线衍射仪和紫外/可见光分光光度计对制备的复合膜进行了表征,结果表明:制备的多层膜在可见光的透过率为40%,近紫外反射率高达95%,近红外区的反射率为65%。使用甲基橙溶液测试多层复合膜的光降解特性,结果表明所制备的多层复合膜具有较好的光催化性能。
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