磁控濺射法製備鎢摻雜二氧化釩薄膜

二氧化釩是一種相變材料，其M相和R相在68℃會發生由紅外透明的半導體相(M) 到紅外不透明的金屬相(R相)的轉變，伴隨著光學，電學和磁學性能的突變，這些特性變化可利用于智慧窗、熱敏感電阻、衛星鏡頭鐳射防護、溫控開關、光存儲等領域。但是二氧化釩具體應用于智慧窗玻璃還存在以下缺陷：相變溫度遠遠高於室溫。

研究發現，對二氧化釩中進行元素的摻雜能改變其相變溫度，其中對二氧化釩薄膜進行高價鎢元素的摻雜，高價態大半徑的鎢離子可以使二氧化釩的晶體結構發生畸變，產生薄膜應力，降低二氧化釩的相變溫度效果明顯。

利用磁控濺射法製備薄膜，薄膜厚度易於控制，薄膜與基片的附著力較強，純度高，操作簡單，可以在大規模生產，但很少用於製備鎢摻雜二氧化釩薄膜，這是因為：鎢元素氧化所需的氧氣分壓與釩元素不同，且氧分壓的改變對薄膜元素的化合狀態影響較大。

為了解決磁控濺射法難以製備出純度較高的鎢摻雜二氧化釩薄膜，研究人員預先在基片表面沉積一層五氧化二釩，然後在其上沉積金屬鎢層，最後在鎢層上沉積一層五氧化二釩，形成五氧化二釩/金屬鎢/五氧化二釩混合薄膜，再採用惰性氣氛將金屬鎢氧化為高價鎢，將五氧化二釩還原為二氧化釩，得到鎢摻雜二氧化釩熱致變色薄膜，其過程主要是：

1)沉積五氧化二釩層：將磁控濺射儀的反應沉積腔抽至本底真空，再分別通入氬氣和氧氣，氬氣流量為10～40sccm，氧氣分壓為0-90％，調節工作壓力為0.1～3.0Pa，基片溫度為20～25℃，以高純金屬釩為靶材，採用直流磁控濺射技術，在基片上沉積五氧化二釩層；

2)沉積金屬鎢層：保持反應沉積腔內本底真空度，再通入氬氣，氬氣流量為10～ 40sccm，調節工作壓力為0.1～3.0Pa，基片溫度為20～25℃，以高純金屬鎢為靶材，用直流磁控濺射技術，在五氧化二釩層上沉積金屬鎢層；

3)沉積五氧化二釩層：保持反應沉積腔內本底真空度，再分別通入氬氣和氧氣，氬氣流量為10～40sccm，氧氣分壓為0-90％，調節工作壓力為0.1～3.0Pa，基片溫度為20～25 ℃，以高純金屬釩為靶材，用直流磁控濺射技術，在金屬鎢層上沉積五氧化二釩層，在基片表面得到五氧化二釩/金屬鎢/五氧化二釩混合薄膜；

4)製備鎢摻雜二氧化釩熱致變色薄膜：將基片置於馬弗爐中，在惰性氣氛下進行退火，在基片表面得到鎢摻雜二氧化釩熱致變色薄膜。

通對對樣片在升溫和降溫過程中2000nm紅外光波段處的透過率進行測試分析，得出上述工藝制得的鎢摻雜二氧化釩熱致變色薄膜的相變溫度為40℃，可見光透過率為56％，紅外光調節幅度為42％，達到二氧化釩的相變要求。

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