氧化钒薄膜在红外探测、光电调制、能源存储等方面具有非常广泛的应用前景,氧化钒薄膜的制备技术及其性能研究一直受到世界各国研究人员的高度关注。本文采用脉冲反应磁控溅射技术制备氧化钒薄膜,通过多种分析测试方法,研究了占空比、脉冲频率、氩气流量等参数对薄膜的沉积速率、成分、表面形貌、微观结构、晶态以及光学和电学特性的影响。根据实验结果并结合已知的脉冲磁控等离子相关特性,对占空比、脉冲频率以及氩气流量对反应溅射过程、钒氧化合物的形成以及薄膜生长模式等方面的影响进行了分析与讨论。本文的主要研究内容及重要结论如下:1.在不同氧气/氩气流量比例的反应气氛条件下,研究了占空比对脉冲反应溅射氧化钒薄膜的生长过程及其性能的影响。实验结果表明,降低占空比将导致钒的氧化程度的增强以及薄膜的沉积速率的下降。并且随着氧气输入量的增加,占空比对薄膜的成分和沉积速率的影响更显著。薄膜的表面形貌分析表明,增加氧气流量和降低占空比均有助于降低薄膜的表面粗糙度。本文发现在反应溅射气氛、溅射功率等其它参数不变的情况下,利用占空比能够有效地改变氧化钒的组分,进而实现对薄膜光学与电学性能的控制与调节。其中,占空比下降可使薄膜折射率和消光系数减小,以及薄膜的光透过率与光学带隙增加。并且,薄膜的电阻率和电阻温度系数等电学性能,可以通过占空比在一较大的范围中进行调节。据此,本文对占空比影响靶表面氧化钒的形成与被溅射之间的竞争、等离子的反应活性以及薄膜生长的机制等进行了详细的分析与讨论。2.研究了脉冲反应溅射制备氧化钒薄膜过程中,脉冲频率对薄膜生长过程及其性能的影响。实验结果表明,薄膜的沉积速率和表面粗糙度随着脉冲频率的提高而下降,而薄膜的微观结构则随着脉冲频率的提高呈现出由柱状疏松结构逐渐向致密结构演化的特点。钒的氧化过程随着脉冲频率的提高变得更加剧烈。特别是当脉冲频率高于300 kHz后,即使溅射气氛中氧含量很低,溅射的钒也将迅速地被完全氧化至V5+价态。由于脉冲频率对薄膜微观结构及成分的影响,导致了薄膜的光学与电学特性亦随之发生极大的变化。其中,脉冲频率提高将导致薄膜光学带隙增大和消光系数下降,而薄膜的光透过率则在脉冲频率高于300 kHz后出现了明显的增加。薄膜的电学性能测试表明,随着脉冲频率由0 kHz(DC)增加至350kHz,薄膜的电阻率将增大近6个数量级,电阻温度系数亦将显著地提高。依据所观察到的实验现象,结合脉冲磁控等离子特性研究的相关结果,本文对脉冲频率影响钒氧反应过程以及等离子同薄膜生长界面之间能量平衡的机制进行了分析和讨论。3.在350 kHz高脉冲频率溅射模式下,研究了氩气流量对氧化钒薄膜生长及其性能的影响。实验结果表明,在本文实验所研究的氩气流量范围内,薄膜的沉积速率与氩气流量呈正比。并且与纯氩溅射的情况相比,在反应溅射气氛下,薄膜的沉积速率随氩气流量的减少更快地下降。与氩气流量较低时,观察到提高脉冲频率具有抑制薄膜中柱状结构生长、促进致密结构形成的作用相比,在350 kHz高脉冲频率溅射模式下,随着氩气流量的提高,薄膜微观结构特征出现由致密到疏松的转变。这表明高脉冲频率抑制薄膜中柱状结构生长的能力,受氩气流量提高所引起的生长界面上的原子过程以及到达生长界面的离子/原子比例的变化被减弱了。此外,虽然在高脉冲频率模式下,等离子具有较强的反应活性,但随着氩气流量的提高,溅出的钒没有像氩气流量较低时那样被完全地氧化至V5+最高价态。氩气流量的变化同样对薄膜的光学与电学性能造成了显著的影响。其中,氧化钒薄膜的光学带隙随氩气流量的下降逐渐增大。在氩气流量高于100 sccm时,所沉积的薄膜均具有较低的光透过率和较高的吸收率。而薄膜的室温电阻率和电阻温度系数则均随氩气流量的下降而增大。