用于抗激光致盲的氧化釩薄膜制備及光學相變特性研究.pdf

1、目前，激光戰(zhàn)術戰(zhàn)略武器裝備得到了快速的發(fā)展，對于3~5μm、8~12μm波段制導用中長波紅外探測器的抗激光致盲技術的研究也變得越來越重要。氧化釩薄膜具有最接近室溫的相變溫度，相變前后透過率發(fā)生很大變化，適于應用在激光防護領域。本文對氧化釩薄膜開展了相變機理研究和理論計算，研究了相變前后光學性質變化以及組分改變相變溫度的情況。在硒化鋅基片上制備了氧化釩薄膜，對薄膜進行了X射線電子能譜測試和數(shù)據(jù)擬合，并對其進行了退火處理來調節(jié)薄膜內組分。實

2、驗測試了氧化釩薄膜相變前后的光學特性變化，制得的薄膜基本滿足要求。研究了通過退火工藝對組分控制的技術，探索到了一種新的非摻雜改變相變溫度的技術途徑。
　　采用 Material studio模擬工具的Castep程序包，利用局域密度泛函近似與贗勢技巧相結合的方法，采用BFGS算法對釩的氧化物體系的幾何結構進行優(yōu)化，贗勢采用倒易空間晶格的超軟贗勢，對其電子結構（能帶及態(tài)密度）、晶體的光學性質、點缺陷性質（取代摻雜）在小于7μm波長范

3、圍內進行了計算，并采用計算公式拓展對10.6μm下光學特性進行了嘗試性計算，看到了一定的趨勢。對摻雜改變相變溫度機理進行嘗試性計算，摻雜低價態(tài) Al、Ti、Sn的二氧化釩的能隙變大，可能提高 VO2由半導體態(tài)向金屬態(tài)轉變溫度。而摻雜高價態(tài) W、F、Mo的VO2的能隙變小，可能有利于VO2的相變溫度降低。
　　不同溫度條件下的動力學模擬采用 Castep模塊中的動力學模擬程序，對其電子結構（能帶及態(tài)密度）、晶體的光學性質以及組分對相

4、變溫度影響進行了計算。得到了各釩氧化合物能帶和態(tài)密度曲線，吸光系數(shù)、折射率和透光率等光學參數(shù)，以及溫度對各曲線的影響，不同組分對相變溫度的影響。
　　提出參數(shù)設計制造了JGP560C8型超高真空多功能磁控濺射設備，用直流磁控濺射方法在鍺和硒化鋅基片上制備了氧化釩薄膜。采用在預處理室內對基片進行反濺處理的工藝解決了硒化鋅基片與氧化釩薄膜結合不好的難題，得到了氧氬流量比0.11、基片溫度450℃、濺射時氣壓2.2 Pa、濺射電流0.5

5、 A、電壓330 V、功率165 W和濺射時間180 s等最佳制備參數(shù)，經過X射線電子能譜測試及數(shù)據(jù)擬合來得到薄膜內組分情況。進行了退火工藝的探索，通過對薄膜進行4小時、450℃充氧或不充氧的退火處理，有效地改變了氧化釩薄膜的組分。
　　用吸收膜特征矩陣方法對符合相變前透過率82％，相變后透過率5%的薄膜厚度進行了計算，膜層厚度應為103nm。并采用實驗室鍍膜設備的參數(shù)及經驗公式計算濺射產額，進而定量說明磁控濺射可以通過改變工作參

6、數(shù)調節(jié)鍍膜速率，指導了氧化釩薄膜的制備，再用3分鐘制備時間的系數(shù)制備薄膜。用輪廓儀測得氧化釩薄膜厚度為125 nm，用紅外分光光度計測得薄膜相變前后透過率分別為79.2%和12.3%，計算結果與實際測量值基本相等。
　　搭建實驗平臺，分別用 CO2激光器和 Nicolet8700型紅外分光光度計測試不同溫度下氧化釩薄膜在10.6μm的透過率，得到其相變前后的光學性能變化情況及相變溫度等參數(shù)，氧化釩薄膜的透過率可以從相變前半導體態(tài)的

7、70.8%，降低到相變后金屬態(tài)的11.3%，相變響應時間小于50 ns。測試了激光對氧化釩薄膜相變的作用。光學特性變化幅度很大，且相變過程具有重復性。如果作成器件放置于探測器前，可以起到兼顧激光防護與接收信號的功能。
　　觀察并研究氧化釩薄膜不同組分降低相變溫度的情況，以及它對熱滯回線和相變前后透過率變化幅度等參數(shù)的影響，并在機理上進行了一定的解釋。并可實現(xiàn)通過退火工藝來控制組分的變化，可以說本論文探索到了一種新的非摻雜改變相變溫