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射频磁控溅射法制备CeO_2-TiO_2/SnO_2:Sb截止紫外线和透明导电双功能薄膜

倪佳苗  
【摘要】:CeO_2-TiO_2薄膜具有高折射率和优异的截止紫外线性能,同时SnO_2∶Sb薄膜具有良好的导电性和光学特性。综合这两种薄膜的性能,在玻璃上用射频磁控溅射工艺制备具有截止紫外线和透明导电双功能复合薄膜,这是本论文的独特和创新之处。 本文自制了SnO_2∶Sb(6% mol)靶材和一系列不同摩尔比的CeO_2-TiO_2靶材,用射频磁控溅射工艺在玻璃基片上沉积了一系列CeO_2-TiO_2薄膜、SnO_2∶Sb(6% mol)薄膜,在此基础上,制备了CeO_2-TiO_2/SnO_2∶Sb(6% mol)双层薄膜和SnO_2∶Sb/CeO_2-TiO_2双层薄膜。深入系统地研究CeO_2-TiO_2薄膜在不同物质的量浓度比(Ce/Ti)下对截止紫外线性能的影响;比较了SnO_2∶Sb/CeO_2-TiO_2薄膜与CeO_2-TiO_2/SnO_2∶Sb(6% mol)薄膜的截止紫外线和反射红外线的效果。利用现代测试分析方法对薄膜的结构与性能进行了研究,得出如下结论: 1)CeO_2-TiO_2薄膜截止紫外线性能比纯TiO_2、纯CeO_2薄膜的效果好。当Ce/Ti摩尔比为0.5∶0.5或0.6∶0.4时,X-射线衍射分析表明,CeO_2-TiO_2薄膜呈现无定形非晶结构,对紫外线截止的效果最佳;XPS分析表明,薄膜表面上存在Ti~(4+)、Ce~(3+)和Ce~(4+);TEM分析表明,薄膜由三个相组成,分别是CeO_2(CaF_2类型),TiO_2(金红石)和过渡相CeO_(1.6)·2TiO_2。在薄膜的生成过程中优先生成TiO_2和CeO_2相,而不是CeO_(1.6)·2TiO_2相。CeO_2-TiO_2、CeO_2和TiO_2薄膜的光能跃迁为间接跃迁形式,通过计算分析得到的光学带隙宽度为:Eg(CeO_2-TiO_2)Eg(CeO_2)Eg(TiO_2)。 2)CeO_2-TiO_2/SnO_2∶Sb(6% mol)双层薄膜具有高的截止紫外线(99%)和可见光透过率(75%),方块电阻在70~90Ω/□之间,电阻率在3.2~3.6×10~(-3)Ω·cm之间。 3)无论CeO_2-TiO_2薄膜在内层还是在外层,双层薄膜可见光透过率都可达到75%以上,截止紫外线达到99%以上。从红外反射率来看:波数在400-4000cm~(-1)范围内,CeO_2-TiO_2/SnO_2∶Sb双层薄膜的红外反射率比SnO_2∶Sb/CeO_2-TiO_2双层薄膜高,尤其是波数在400-2000cm~(-1)内,前者红外反射率在50%以上,后者只有23%以上。所以CeO_2-TiO_2/SnO_2∶Sb双层薄膜在基本上不影响玻璃透射可见光的前提下,增加了截止紫外线、透明导电(反射红外线)双功能。


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