磁控濺射法制備CeO-,2--TiO-,2-復(fù)合薄膜的微結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、二氧化鈦薄膜是一種重要的光學(xué)功能薄膜，它有著獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)等物理性能及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，在新型太陽(yáng)能電池、微電子工業(yè)、光學(xué)器件和各種傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以純度為99.9％的TiO<,2>納米粉體和99.99％的CeO<,2>粉體為原料，采用射頻濺射法在硬質(zhì)襯底(普通玻璃)和柔性襯底(對(duì)苯甲酸乙二醇酯，簡(jiǎn)稱(chēng)PET；聚酰亞胺，簡(jiǎn)稱(chēng)PI)上成功制備了CeO<,2>/TiO<,2>復(fù)合薄膜。利用x射線(xiàn)衍射儀(XRD)、能譜儀(

2、EDS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和UV-VIS分光光度計(jì)等現(xiàn)代分析手段研究了濺射參數(shù)和后處理工藝對(duì)復(fù)合薄膜的相組成、表面和界面微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并測(cè)試了復(fù)合薄膜的光學(xué)性能，分析了復(fù)合薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制和透光機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：用射頻磁控濺射技術(shù)能夠制備厚度均勻的PET基CeO<,2>/TiO<,2>薄膜，濺射時(shí)間的延長(zhǎng)和濺射功率的增加均使薄膜的厚度增加，而濺射壓強(qiáng)的增大會(huì)使薄膜的厚度略有減小，隨著靶基距的

3、增加厚度先增加后減小。 x射線(xiàn)衍射分析得出，在玻璃襯底上制備的濺射態(tài)薄膜為結(jié)晶態(tài)，而在PET。和PI上制備的濺射態(tài)薄膜為非晶態(tài)，對(duì)PET。基薄膜在150℃退火處理12h后，薄膜為結(jié)晶態(tài)，XRD圖中僅出現(xiàn)了銳鈦礦型TiO<,2>的衍射峰，且以(101)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)，沒(méi)有出現(xiàn)與氧化鈰對(duì)應(yīng)的特征峰。 SEM和AFM分析發(fā)現(xiàn)，薄膜致密、規(guī)則、無(wú)裂紋產(chǎn)生；濺射工藝參數(shù)對(duì)薄膜的表面形貌有很大的影響，濺射態(tài)的薄膜在SEM下觀察不到有晶

4、粒出現(xiàn)，而用AFM能觀察到薄膜中有細(xì)小的顆粒，隨后在150℃條件下對(duì)薄膜退火處理12h時(shí)，發(fā)現(xiàn)薄膜中出現(xiàn)了許多晶粒，形狀近似球形，晶粒尺寸趨于均勻，直徑約120nm。 對(duì)不同濺射功率下制備的CeO<,2>/TiO<,2>薄膜用劃痕法測(cè)量其附著力，測(cè)得在玻璃基底上制備的薄膜的附著力隨著濺射功率的增加而增加，當(dāng)濺射功率為100W時(shí)附著力為61.95±1.23N。在PET襯底上制備的薄膜經(jīng)多次彎曲折疊無(wú)裂紋產(chǎn)生，用透明膠布多次粘貼發(fā)現(xiàn)

5、薄膜不脫落，說(shuō)明薄膜與襯底結(jié)合牢固。 薄膜的光學(xué)性能測(cè)試表明，在不同濺射條件下制備的CeO<,2>/TiO<,2>薄膜的透光率都較純的TiO<,2>薄膜低，這是因?yàn)镃e以Ce-O形式存在，有利于光的吸收。復(fù)合薄膜的吸收邊波長(zhǎng)和截止波長(zhǎng)與純TiO<,2>相比增加明顯，并隨Ce含量的提高而增加。薄膜的厚度和表面粗糙度對(duì)薄膜的透光率有很大的影響。 CeO<,2>/TiO<,2>，TiO<,2>薄膜的光能躍遷為間接躍遷形式，通過(guò)