钽掺杂氧化钨薄膜电致变色性能

三氧化钨既是一种 n 型半导体材料，是被研究最多的光致变材料，WO₃具有优异的电致变色 性能，如着色效率高、可逆性好、记忆时间长等，在电致变色材料及器件的研究中占有重要的地位。然而，WO_X在质子型电解质中会发生溶解，从而限制了其在以质子型电解质为传导层的电致变色器件中的应用。

研究表明，纳米复合氧化物电致变色材料可以提高器件的稳定性，缩短响应时间，延长器件寿命，Ta₂O₅具有优异的离子和质子导电特性，而且在很宽的波长范围具有极好的透明性， 并具有良好的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性，常用于全固态电致变色器件中的电解质层或保护层材。因此， 将Ta₂O₅与WO₃相复合，可以结合两种材料的优势，实现更高的机械和化学相容性， 从而提高器件的稳定性和寿命。

采用金属钨靶和陶瓷Ta₂O₅作为靶材，通过双靶共溅射的方式制备Ta掺杂的氧化钨薄膜。制备过程中用直流电源溅射金属钨靶，用射频电源溅射五氧化二钽靶。衬底为氧化铟锡（ITO） 导电玻璃和硅片, 通入气体前，将沉积室预抽真空至3×10^-4Pa以下， 然后以高纯氩气（Ar） 作为工作气体，高纯氧气（O２）作为反应气体，在室温下预溅射20min， 待实验参数基本稳定后打开挡板进行溅射镀膜。溅射时通过调节气体流量、溅射功率和溅射时间等沉积参数来制备5%、10%、15%、25%和35%含量的Ta掺杂的氧化钨薄膜，并确保薄膜厚度的一致。

由XRD和SEM的分析结果可知，室温下沉积获得的纯氧化钨薄膜为非晶态薄膜， 薄膜表面光滑，质地均匀且多孔。Ta掺杂的氧化钨薄膜也均为非晶结构。当钽掺杂量在一定范围内时， 薄膜表面光滑均匀。随着掺杂量的增加， 开始有较大的颗粒镶嵌在薄膜内部， 这些颗粒较为致密， 破坏了薄膜的多孔性和均匀性。当掺杂量达到３５％时，在薄膜表面甚至出现了微米级别的颗粒。

研究表明，Ta掺杂对提高氧化钨薄膜的电致变色性能、循环稳定性能和抗酸腐蚀性能方面有明显作用，但是掺杂量必须控制在一定范围内,最佳范围在15%以下，超过则是过量掺杂，薄膜将产生裂纹。

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