TaO_X快离子导体薄膜的制备与掺杂性能研究

论文题目: TaO_X快离子导体薄膜的制备与掺杂性能研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 吕佳

导师: 黄佳木

关键词: 离子导体,射频反应磁控溅射,氧化钽,锆掺杂,非晶态薄膜

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 快离子导体(有时又称固体电解质)是指离子电导率接近有时甚至超过盐溶液和电解质溶液的一类固态材料。用作电致变色器件的快离子导体,除要求室温下具有高的离子电导率外,还要求具有非常低的电子电导率,在所要求的光谱区域内具有高的透射率和反射率、易成膜、好的机械稳定性及可动离子在变色层中具有足够的迁移率。研究表明,TaO_x除满足上述要求外还具有特殊层状分子结构。在众多被研究的离子导体材料中,它具有自恢复性能好、响应速度快、寿命长、成本低等优点,是最具有发展前景的离子导体材料之一。但是目前它离实际应用还是有一定的距离,使其真正进入实际应用是当前众多研究者努力研究的方向。通过多种途径可以提高薄膜的离子导电性能,优化工艺参数和对薄膜进行掺杂是其中两种有效的方法。到目前为止,制备离子导体薄膜最常用的方法有溶胶-凝胶法、真空蒸发法、化学气相沉积法和溅射沉积法等,其中磁控溅射以沉积速率高、基片温升低、膜层均匀性及附着力好、工艺参数易控制等优点而日益成为制备离子导体薄膜尤其是TaO_x薄膜最理想的工艺方法。但是,目前用磁控溅射方法制备TaO_x薄膜并不多,鲜有关于用该方法制备的TaO_x薄膜性能研究报道。本研究课题以纯钽靶及纯锆靶为靶材,采用反应磁控溅射工艺在WO3/ITO玻璃上沉积TaO_x和TaO_x:Zr薄膜,通过紫外-可见分光分度计、V/A曲线分析法、X射线衍射仪及扫描隧道显微镜测试分析,研究制备工艺参数以及Zr掺杂对TaO_x薄膜离子导电性能和结构的影响。研究表明:用射频反应磁控溅射制备的TaO_x和TaO_x:Zr薄膜为非晶态,在离子传导过程中表现出良好的离子导电性能;适中的氧分量制备的TaO_x薄膜有助于提高WO3薄膜的电致变色能力,较低的溅射功率和溅射温度有助于提高薄膜的离子导电特性;而TaO_x薄膜掺杂Zr之后,非晶态的趋势强于未掺杂的TaO_x薄膜,结构的变化导致了TaO_x:Zr薄膜具有更好的离子导电性能;掺杂工艺对TaO_x薄膜的离子导电性能影响较为复杂,主要与掺杂靶的溅射功率、掺杂方式和相对掺杂量几个方面有关,当相对掺杂量处于有效掺杂范围和最佳值附近时,均匀的分层掺杂有利于提高TaO_x薄膜的离子导电性能。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 快离子导体的结构特征

1.2 快离子导体的离子电导率

1.3 快离子导体的研究现状

1.4 电致变色器件中的快离子导体

1.5 TAO_X离子导体

1.6 目前存在的问题

1.7 本课题的研究目的及意义

1.8 常见的薄膜制备工艺

2 溅射镀膜原理

2.1 溅射机理及特点

2.2 基本溅射类型

3 实验

3.1 实验设备及材料

3.2 薄膜的制备

3.3 薄膜的性能测试

4 TAO_X 薄膜离子电导性能和结构研究

4.1 工艺参数对TAO_X薄膜离子导电性能和结构的影响

4.2 V/A 曲线分析

4.3 制备工艺参数对TAO_X薄膜电阻率的影响

4.4 薄膜的结构——X 射线衍射分析

4.5 薄膜的表面形貌——扫描隧道显微镜（STM）分析

4.6 薄膜的开关响应时间和循环寿命

4.7 本章小结

5 TAO_X:ZR 薄膜制备工艺及离子导电特性能研究

5.1 掺杂工艺参数对TAO_X:ZR 薄膜离子导电特性影响

5.2 薄膜的X 衍射分析

5.3 TAO_X:ZR 薄膜的电阻率

5.4 掺杂薄膜的开关相应时间和循环寿命

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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