新型功能光学薄膜的磁控溅射工艺及物性研究

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1、---------------------------------------------------------------------------------------------------新型功能光学薄膜的磁控溅射工艺及物性研究中国科学技术大学博士学位论文姓名：黄烽申请学位级别：博士专业：凝聚态物理指导教师：王海千20090501摘要摘要光学功能薄膜涉及到光电产业、国防、环境科学等众多领域，具有很强的应用背景。本文利用磁控溅射技术制备了几种新型光学功能薄膜，主要包括：ＳｉＯ。薄膜、ＹＳＺ耐高温光学薄膜、Ｔ

2、ｉ０：光催化和自清洁功能薄膜。通过对材料的筛选，对薄膜材料微结构及性能的调控，以及对制备工艺的研究与优化，取得了一些具有实用价值的研究成果。文中还对影响光学薄膜性能的内在因素和作用机理进行了分析和讨论。本论文的具体研究内容和主要结果如下：１．利用反应磁控溅射技术制备了不同氧化程度的ＳｉＯｘ薄膜，研究了不同温度下退火对其光学参数的影响。讨论了ＳｉＯｘ材料体系在不同温度———————————————————————————————————————————————-----------------------------

3、----------------------------------------------------------------------下退火后，薄膜的微结构与组成的演变过程，具体包括相分离引起的成分变化，退火对样品应力的释放和对缺陷的修复作用，以及不同氧化程度薄膜折射率的变化机理等。２．针对光学薄膜在高温下的应用，研究了Ｎｂ２０５、Ｔａ２０５等传统光学薄膜材料在高温下微结构及光学参数的劣化；提出了钇稳定氧化锆（ＹＳＺ）材料在耐高温光学薄膜领域的应用。从光学参数和微结构的稳定性等方面讨论了ＹＳＺ薄膜材料的耐温性

4、能及机理。所获得的ＹＳＺ／Ｓｉ０２多层膜光学器件在８０００Ｃ下光学性能无明显退化。该结果拓展了光学薄膜在高温条件下的应用前景。３．发现了ＺｎＯ前驱层对Ｔｉ０２薄膜的结晶增强的效应，并研究了该增强效应的机理。提出了利用ＺｎＯ前驱层来调控Ｔｉ０２薄膜的结晶度和表面粗糙度的方法，研究了Ｔｉ０２／ＺｎＯ薄膜的光催化和自清洁性能及影响因素。利用磁控溅射技术获得的Ｔｉ０２／Ｚｎ０双层结构薄膜表现出比单层Ｔｉ０２薄膜更加优越的光催化活性和亲水性。这～结果具有很好的工业应用前景。关键词：光学薄膜、高温膜、热稳定性、自清洁薄膜、光催

5、化、超亲水ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＯｐｔｉｃａｌｍｉｎｆｉｌｍｓｈａ、，ｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉＩｌｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍ吼ｉｃａｔｉ———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------ｏｎｓ，ｅｎｖｉｒｏ胁ｅｍｓｃｉｅｎｃｅｓ，ａＩｌｄｍｉｌｉｔａｒｙｕｓ

6、ａｇｅｓ．Ｉｎｍｉｓｗｏｒｋ，ａｆｅｗｎｏｖｅｌｏｐｔｉｃａｌ胁ｃｔｉｏｎａｌｍｉｌｌｆｉｌｍｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇＳｉＯｘ也ｉＩＩｆｉｌｍｓ，ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｐｔｉｃａｌｔｈｉＩｌｆｌｌｍｓ，ａｎｄｓｅｌｆｃｌｅａｎｉｎｇｍｉｎｆｉｌｍｓ，ｗｅｒｅｐｒｅｐ娥ｄｂｙｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ＳｏｍｅｒｅｓｍｔＳｖａｌｕａｂｌｅｆｏｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ⅳｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｍｉｃｒｏ．ｓｔｍ

7、ｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ａＳｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．ＴｈｅｆＩａｃｔｏｒｓａｎｄｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｗｈｉｃｈｍａｙａｆｆｂｃｔｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｅ如ｎｃｔｉｏｎａＩｆｉｌｍｓｗｅｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＢａＳｅｄｏｎｍｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓａ１１ｄ锄ａｌｙｓｅｓ，ｗｅｈａＶｅｍｅｆｏｌＩｏ、ｖｉｎｇｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：１ＳｉＯｘｆｉｌｍｓｗｉｔｈｄｉｆ恐ｒｅｎｔｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｓｗｅｒ

8、ｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｒｅａｃｔｉＶｅｍａｇｎｅｎ．０ｎ———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------ｓｐｕｔｔｅ