濺射的機理。根據動能轉移理論認為離子必須要擁有一定的動能，即一定的速度去碰撞靶材料，才能使其表面濺射出原子。碰撞時，離子將動能傳遞給被碰撞的原子，只有當動能的能量大於靶材原子之間的結合能，原子才能從靶材表面濺射出來。簡單的理解這就好比生活中拿著石鎬去敲擊石頭，只有當你力氣達到一定的程度才能從石頭表面敲下小石子，石鎬即為離子，石頭為靶材、小石子為濺射出的原子。經過理論分析得出以下幾點：（1）原子濺射率會隨離子動能增加而提高，但當動能增加到一定的程度時，濺射率反而會減少；（2）當離子動能低某一個數值時，靶材表面將不再發生濺射；（3）發生濺射是具有方向性的，濺射方向會根據離子的入射方向改變而變化；（4）如果採用品質小的電子來替代離子轟擊靶材料，即使具有極高的動能，也不會發生濺射現象。

濺射鍍膜法製備出的氧化鎢薄膜均勻性較差、沉積速率較慢，容易把控氧化鎢薄膜中的化學成分、對襯底的附著力較好，同時濺射鍍膜法也因為容易控制工藝參數才工業上被廣泛應用；蒸發法製備的氧化鎢薄膜純度較高、沉積速度快，早期受到較多的重視；化學氣相沉積法具有低生產成本與高生產效率的特點，而且製備出的氧化鎢薄膜能均勻地覆蓋在複雜的表面；溶膠-凝膠法設備簡單、操作簡單、並且能製備出大面積氧化鎢薄膜，由於無法長時間的保存使其該方法無法被應用於工業上大規模生產。濺射鍍膜法相對來說比較適用於工業上大規模生產，本文主要介紹一下與濺射鍍膜法相關的一些知識。

 

濺射鍍膜法的原理。將靶材料與基片放於電場中，高能粒子通過電場加速後撞擊在靶材上，高能粒子可以為電子、離子或者中性粒子，但一般會選擇離子，因為離子在電場中容易獲得動能，離子轟擊到靶材料表面後經過一系列能量交換，原子或者分子從靶材料表面飛出，這個過程稱為濺射，濺射出來的大部分為原子，可能有小部分為原子團。濺射出來的原子或者原子團沉澱到基片的表面，在其表面鍍上一層薄膜，所以整個過程稱為濺射鍍膜法。

3.離子導體層(IronConductingLayer)又稱電解質。也類似於一個能來回傳輸的通道，能使離子來回傳輸於電致變色層和離子存貯層之間。器件電致變色的速度與離子的遷移速度是成正比的，所以電解質的離子導電能力能直接影響到電致變色的速率。作為離子導體層的材料必須具備以下幾點條件：（1）必須是離子良好導體與電子的絕緣體，這樣才能保證將離子以最快的速度在電致變色層和離子存貯層之間傳輸；（2）在室溫下（或者說工作環境下）要有高的離子電導率和高的電子電阻率；（3）器件在透射模式下工作時，電解質必須是透明；（4）與電致變色層和離子存貯層材料相容、無腐蝕性（5）對固體電解質而言，還要容易製成薄膜。電致變色過程之所以注入的離子是為了補償注入的電子，滿足電中性以達到電流連續性效果。理論上滿足上述條件的離子品種可選範圍很廣，但實際產品中被應用的只有H+、Li+、OH-及F-這四種離子，其主要原因為大多數離子在電致變色層中難以遷移。在三氧化鎢薄膜中具有較高的遷移率的離子為Li+，具有抗氧化、記憶效應好以及變色效應受溫度影響小的特點。因此，Li離子電解質受到人們極大的關注，尤其是Li離子固態電解質。

4.離子存貯層(Ion-storage layer)又稱為對電極層。主要作用為存貯與提供電致變色過程中所需要的離子，使器件電致變色過程中保持電中性，當電致變色層被注入離子時，它提供離子到離子導體層；當電致變色層被抽出離子時，它將離子存貯起來；始終保持離子導體層的電中性。對離子存貯層要求為：（1）具有較高的存儲及釋放離子能力；（2）具有混合傳導而不只是離子傳導；（3）應具有和電致變色層一樣可逆的氧化還原能力，為了防止反電極時對電致變色器件光學性質與迴圈壽命造成影響；（4），在電致變色過程中，應為透明或與電致變色層同步發生致色或保持弱致色。

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目前用的比較多的透明電導材料為ITO膜，ITO膜不但具有接近90%的可見光透過率與很高的紅外光反射率，而且具有電阻值、耐磨與穩定的化學特性，在許多領域中已經被廣泛應用，如液晶顯示器、防靜電、反輻射、太陽能面板等。

 

2.電致變色層(ElectrochromicLayer)。電致變色層是整個電致變色器件最核心的地方，擔負著變色的任務。在電場的作用下電子和小離子往電致變色層移動，注入到電致變色層中，電致變色層中的三氧化鎢薄膜分別於對應的電子與離子發生化學或者物理反應（由三氧化鎢的電致變色機理存在爭議），使得三氧化鎢薄膜顏色產生變化。當電場反轉時，電子與離子與三氧化鎢薄膜發生逆向化學或者物理變化，而且在電場的作用下被抽出，三氧化鎢薄膜被漂洗乾淨，變為透明。

“玻璃-TC(透明導電層)-EC(電致變色層)-IC(離子導體)-IS(離子存儲層)-TC(透明導電層)-玻璃”構造。其中電致變色層是最重要的核心部分，離子導體層主要是為離子在電致變色層之間提供傳輸通道，離子儲存層，也稱為離子注入電極，通過存儲離子實現平衡電荷的作用，。當在導電層加上正向直流電壓後，離子從離子貯存層中被抽出，通過傳輸通道（離子導體層），進入電致變色層，變色層變色，實現無功耗記憶。當加上反向電壓時，電致變色層中離子被抽出後又進入貯存層，整個裝置恢復透明原狀。

 

2.Faughnan模型又稱雙重注入/抽出模型、價內遷移模型。Faughnan等提出無定形三氧化鎢（WO3）變色機理可用下式表示：xM++xe-+WO3=MxWO3式中：M表示H+、Li+等。加電場時，電子e—和陽離子M+同時注入WO3膜原子晶格間的缺陷位置，形成鎢青銅(MxWO3)，呈現藍色。反方向加電場，電致變色層中電子e—和陽離子M+同時脫離，藍色消失。在鎢青銅中，電子在不同晶格位置A和B之間的轉移可表示為：

hγ+W5+(A)+W6+(B)=W6+(A)+W5+(B)

 

3.Schirmer模型又稱極化子模型。電子注入晶體後與周圍晶格相互作用而被域化在某個晶格位置，形成小極化子，破壞了平衡位形。小極化子在不同晶格位置躍遷時需要吸收光子。這種光吸收導致的極化子的躍變被稱為Franck-Condon躍變。在躍變過程中，電子躍變能量全部轉化為光子發射的能量。所產生的光吸收可表示為：a=Ahωexp{(hω—ε—4U)/8Uhω}式中：hω是散射光子的能量;ε是初態與終態能級的能量差，U是活化能。小極化子模型不僅與WO3光吸收曲線很好的吻合，而且還能對WO3蒸發過程中加入少數MoO3導致的光譜藍移現象作出了解釋。

 

Faughnan模型和Schirmer模型都是建立在離子和電子的雙重注入抽出基礎上的。它們的物理本質是相同的，實際上Faughnan模型可以看作是Schirmer模型的半經典形式。

1.Deb模型，即最早發現並製作出三氧化鎢薄膜變色器件的研究者建立的模型，又稱色心模型，1973年Deb對採用真空蒸發法製備而成的無定形WO3研究，發現陰極注入的電子被WO3形成的正電性氧空位缺陷捕獲而形成F色心，最終提出無定形WO3的離子晶體結構類似於金屬鹵化物，（在堿鹵晶體上的兩個電極施加電壓並加熱到約700℃，觀察到光吸收，從點狀負電極注入的電子陷入陰離子空位，根據電中性和電流連續性要求，正電極附近的陰離子空位將向陰極運動，即有陰離子向正電極的淨運輸，在正電極放出鹵。如果外電壓極性倒轉，則伴隨著鹼金屬在負電極的釋出而產生空穴中心，光吸收消失），捕獲的電子不穩定，很容易吸收可見光光子而被激發到導帶，使WO3膜呈現出顏色。這一模型解釋了著色態WO3膜在氧氣中高溫加熱退色後，電致變色能力消失的現象，是最早提出的模型，但Faughnan認為在氧缺位量很大時的WO3-y膜（y=0.5）中難以產生大量色心。