[发明专利]磁控溅射低温制备二氧化钒薄膜的方法

说明书

本发明涉及磁控溅射低温制备二氧化钒薄膜的方法，所述方法为在形成有Cr₂O₃层的衬底上磁控溅射二氧化钒薄膜，所述衬底的温度为200℃以下，优选为150～200℃。本发明采用的Cr₂O₃层（Cr₂O₃缓冲层）材料在可见光区域透明、结晶温度低、晶格常数与结构与VO₂能够很好地匹配，可在二氧化钒生长过程中起到模板诱导生长的作用，从而可显著降低VO₂薄膜的制备温度。

技术领域

本发明属于新型无机功能材料领域，具体涉及一种利用磁控溅射低温沉积二氧化钒(VO₂)热致变色薄膜的方法。

背景技术

VO₂具有独特的金属-绝缘体转变特性，在常温为半导体态，其光学性能表现为对太阳光中的红外部分呈现高透过，电学性能上表现为高电阻状态；随着温度的升高，材料发生相变转变为金属态，进而光学性能表现为对太阳光红外部分呈现高反射，电学性能上变现为低电阻状态。VO₂材料的这种在高低温下对红外光的调节作用，且可见光透过率能得以维持的性能可实现在智能窗上的应用；其电导状态随温度的变化的性能有望实现在温度传感器、光电开关等方面的应用。由于VO₂材料的应用前景广阔，因此近年来该材料一直是材料研发的热点。

关于VO₂薄膜制备及应用的研究自上世纪70年代以来便如雨后春笋般大量出现，在众多的合成方法中，物理溅射法由于具有大规模产业化的前景而备受关注。然而，溅射法的扩大生产仍存在诸多问题需要解决，其中最主要的问题之一就是VO₂薄膜较高的衬底温度(一般高于400℃)，不仅导致较高的电耗，增加生产成本，而且对制备系统提出了较高的要求，增加大型设备的制造难度。因此探究降低溅射过程中的衬底温度且无需退火的工艺势在必行。

关于降低溅射温度的文献报道中，中国专利《一种二氧化钒薄膜的制备方法》(申请公布号CN 103014701 A)公开了一种利用原子层沉积的方法在较低温度下获得二氧化钒薄膜的工艺，制备过程衬底温度为300～350℃，然而原子层沉积的方法相对磁控溅射法沉积速率缓慢，生产效率极低。H.Wang等在2006年的Infrared Physics&Technology期刊上报道了低温200℃磁控溅射制备VO₂薄膜的方法，然而该方法需要后续在450℃进行退火，才能获得VO₂薄膜。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种在低温条件下利用磁控溅射制备VO₂热致变色薄膜的方法。

本发明提供一种低温沉积二氧化钒热致变色薄膜的方法，在形成有Cr₂O₃层的衬底上磁控溅射二氧化钒薄膜，所述衬底的温度为200℃以下，优选为150～200℃。

本发明采用的Cr₂O₃层(Cr₂O₃缓冲层)材料在可见光区域透明、结晶温度低、晶格常数与结构与VO₂能够很好地匹配，可在二氧化钒生长过程中起到模板诱导生长的作用，从而可显著降低VO₂薄膜的制备温度。制备温度可在200℃以下，以150℃～200℃为佳，制备的VO₂薄膜具有良好的热致变色性能。本发明工艺过程简单，直接法一次沉积，无需后续二次热处理，节约能耗，大大降低了VO₂智能玻璃产业化过程中的生产成本。采用本发明的方法能制备出稳定性好，重复性高，均匀性良好的VO₂纯相薄膜，适合VO₂热致变色薄膜镀膜的批量生产。

较佳地，所述衬底为玻璃。

较佳地，所述Cr₂O₃层通过磁控溅射方法制备。