【摘 要】
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随着社会的高速发展,节能减排已经成为世界各国的共识,开发新型节能建筑材料、构建新型节能材料结构,是当前的研究热点。宽带隙半导体材料HfO2具有高的可见光透过率、热性质和化学稳定性,被认为是新型节能窗热调节层的关键镀膜材料之一。引入中间层可以有效改善HfO2薄膜的光学性能。本文采用脉冲激光沉积法制备了HfO2/CuAg/HfO2多层结构复合薄膜,研究了薄膜厚度、衬底温度、退火温度和退火气氛对复合薄膜
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随着社会的高速发展,节能减排已经成为世界各国的共识,开发新型节能建筑材料、构建新型节能材料结构,是当前的研究热点。宽带隙半导体材料HfO2具有高的可见光透过率、热性质和化学稳定性,被认为是新型节能窗热调节层的关键镀膜材料之一。引入中间层可以有效改善HfO2薄膜的光学性能。本文采用脉冲激光沉积法制备了HfO2/CuAg/HfO2多层结构复合薄膜,研究了薄膜厚度、衬底温度、退火温度和退火气氛对复合薄膜结构、光学、电学以及表面特性的影响。本文主要研究内容如下:(1)研究了中间层CuAg、顶层和底层HfO2厚度对HfO2/CuAg/HfO2复合薄膜光电性能的影响。结果表明,室温下制备的复合薄膜均为非晶态结构。随着CuAg层厚度(4~24 nm)的增加,薄膜在可见光区域的透过率略有降低,近红外光区的透过率明显下降,方块电阻逐渐减小,表面较为平整,整体表现为疏水性。在CuAg层厚度为16 nm时,薄膜表现出优异的光电性能;随着顶层HfO2厚度(25~150 nm)的增加,薄膜的可见光和红外透过率降低,方块电阻增大;随着底层HfO2厚度(25~150 nm)的增加,复合薄膜的可见光透过率基本保持不变,而红外透过率整体呈上升的趋势,方块电阻增大。HfO2(50 nm)/CuAg(16 nm)/HfO2(50 nm)复合薄膜表现出最优的综合光电性能以及良好的疏水性,其可见光透过率为76.1%,近红外光透过率为25.8%,方块电阻为8.06Ω/□,表面粗糙度为0.69 nm。(2)研究了衬底温度对HfO2/CuAg/HfO2复合薄膜光电性能的影响。当衬底温度高于300°C,复合薄膜从非晶态向晶态发生转变。随着衬底温度的升高,复合薄膜的可见光透过率降低,红外透过率略有升高,方块电阻逐渐增大,粗糙度增大,同时表现出亲水特性。研究表明,室温生长的薄膜具有最优的光电性能。(3)研究了退火温度和退火气氛对HfO2/CuAg/HfO2复合薄膜光电性能的影响。在低温下退火,复合薄膜为非晶态,当退火温度高于400°C时,发生明显晶化,生成单斜相(m-HfO2)。随着退火温度的升高,可见光透过率逐渐降低,红外透过率逐渐升高,方块电阻先减小后增大,复合薄膜由疏水性转变为亲水性。退火温度为200°C时,复合薄膜的可见光平均透过率为75.1%,红外光透过率为27.3%,方块电阻为5.59Ω/□,粗糙度下降为0.67 nm。改变退火气氛,薄膜的光电性能无明显变化。图51幅,表17个,参考文献102篇。
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