【摘 要】
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由于钒元素对氧元素的高度敏感性,使得在自然界中存在着诸多种类的钒氧化物。大部分的钒氧化物都可在特定条件下触发相变,并在相变发生的同时伴随着诸多性质的突变。其中二氧化钒（VO2）由于其逼近室温的相变温度、皮秒级的相变响应时间及优异的金属-绝缘体相变性能,使其在智能窗、激光防护及光电开关等方面具有极大的应用价值,自被发现以来便成为世界各国学者的研究热点。针对不同的应用,VO2需要满足的性能不尽相同,如
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由于钒元素对氧元素的高度敏感性,使得在自然界中存在着诸多种类的钒氧化物。大部分的钒氧化物都可在特定条件下触发相变,并在相变发生的同时伴随着诸多性质的突变。其中二氧化钒（VO2）由于其逼近室温的相变温度、皮秒级的相变响应时间及优异的金属-绝缘体相变性能,使其在智能窗、激光防护及光电开关等方面具有极大的应用价值,自被发现以来便成为世界各国学者的研究热点。针对不同的应用,VO2需要满足的性能不尽相同,如在智能窗领域,其需要满足具有更接近室温的相变温度,足够的可见光透射率和太阳光调制效率。在激光防护领域,其需要具有幅度足够大的近中红外调制效率。在光电开关领域,其需要具有足够快的相变响应时间及稳定性。受限于VO2材料本身的性质,其表现出的相变特性还不能很好的满足人们的日常需求。特别是高质量的VO2薄膜具有制备困难的特点,一直未能将其广泛的应用于实际生活中,因此对VO2的制备工艺优化及进行合适的改性是十分必要的。本文以VO2为研究对象,对其制备工艺进行了优化,采用省时及简单的方法制备出了高质量的VO2薄膜,通过一系列表征手段对VO2薄膜的形貌及性能进行了表征,并采用引入减反射层的方法,提升了VO2薄膜的光学性能,使其向实际应用方向迈进了一步。本文探讨了VO2的金属-绝缘体相变机理,列举了其相变特性及相关应用,介绍了几种常规的制备VO2薄膜的方法及相关表征手段。通过射频磁控溅射的方法,成功的在C面蓝宝石及石英玻璃两种不同的基底上制备了择优取向为（011）面的高质量VO2薄膜。采用原位快速退火的方式对沉积态薄膜进行后处理,并对工艺参数进行了摸索及优化,与传统的VO2薄膜的制备方法相比,我们采用的方法更加节省时间并简化了流程,深入探究了退火温度对薄膜微观形貌及性能的影响。蓝宝石基底上沉积的VO2薄膜,最大可见光透射率可达36.8%;太阳光调制效率可达14.8%,红外调制效率（2500nm）可达61.9%,石英玻璃基底上沉积的VO2薄膜,最大可见光透射率可达41.6%,太阳光调制效率可达15.9%,红外调制效率（2500nm）可达61.6%。采用射频磁控溅射法在不同基底上沉积了具有高质量的VO2薄膜和具有减反射作用的MgF2层,并探究了减反射层结晶质量及厚度对VO2薄膜光学性质的影响。通过对实验结果的分析,我们发现减反射层结晶性较好的样品,入射光线的散射更严重,进而降低薄膜的光学性能;减反射层厚度合适的样品,可见光透射率及太阳光调制效率具有一定的提升。VO2/MgF2/蓝宝石样品减反射层最佳厚度为150nm,其最大可见光透射率由36.8%提升到45.9%,太阳光调制效率可达10.4%,红外调制效率（2500nm）可达54.3%;VO2/MgF2/石英玻璃样品减反射层最佳厚度为200nm,其最大可见光透射率由41.6%提升到44.5%,太阳光调制效率可达16.7%,红外调制效率（2500nm）可达60.9%。与单层薄膜相比,复合膜的可见光透射率及太阳光调制效率均有明显的提升。
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