tin镀膜玻璃的制备机理及其光学电学性能研究

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1、摘要全球能源日益枯竭的问题越来越受到各个国家的重视，甚至已经上升到了国家战略的高度。节省现有的有限资源也成为各国竟相采用的有效措施。目前广泛应用在建筑上的节能型镀膜玻璃主要有低辐射镀膜玻璃和阳光控制功能镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃由于能够反射室内物体以黑体辐射形式发射出的中远红外光线，主要应用在冬季需要取暖的北方地区，起到保温作用以降低取暖能耗。阳光控制功能镀膜玻璃能够在保证足够的取光条件下反射太阳光谱中的可见光和近红外光，主要应用在夏季需要降温的南方地区起到隔热作用以减少空调负荷。另一方面，氮化钛(TiN)薄膜具有优异的热

2、稳定性、化学稳定性和高机械强度、低电阻率等特性，不仅在中远红外光区具有较高的反射率，而且在近红外光区也具有较高的反射率。本研究在全面介绍节能玻璃的节能原理、性能评价指标和常用制备方法和TiN薄膜的基本物理性能的基础上，提出制备TiN镀膜玻璃，使其同时具有低辐射和阳光控制的设想，并用化学气相沉积法制备和研究了TiN薄膜玻璃。本论文利用化学气相沉积法(A_PCVD)，以TiCl4和NH3气体作为反应物，以惰性气体N2作为保护气体和载气，在玻璃基板上沉积TiN薄膜。运用Ⅺm、sEM、EDx、四探针电阻测试仪、紫外一可见分光光度

3、计和傅立叶红外光谱仪等测试手段对制备的样品进行测试和分析。系统地研究了沉积时间、TiCl4流量和喷涂距离等沉积参数对玻璃基板上的TiN薄膜的结晶性能、微观结构、电学性能和光学性能的影响以及它们之间的相互制约关系和变化规律。结果发现，APCvD法沉积的TiN薄膜具有(200)晶面择优取向的NaCl型面心立方结构，随着沉积时间的增加，其结晶性能不断提高，晶粒不断长大，晶体结构不断完善，择优取向越来越明显，晶粒呈片状长大，薄膜颗粒间的孔洞逐渐缩小，越来越致密，薄膜趋向于致密化和连续化，载流子迁移率和浓度增加，电阻率从沉积时间为

4、90s的13500¨Q·cm下降到沉积时问为180s的705“Q·cm。由Drude理论从方块电阻值计算得到其中远红外反射率在30．9％一94．9％范围。同时其近红外的反射率呈现增长趋势，最高可达55％。可见光区透过率在5％一30％范围。Ticl4流量和喷涂距离对可N薄膜各种性能的影响是类似的，两者都通过改变Ticl。气体分子在基板表面的吸附来影响其光电性能的，而且两者都存在一个最佳值。这是由于实验中的气相化学反应是受表面扩散控制的，在nCl4流量较小或者距离较大的时候，由于没有足够的反应物分子吸附到基板表面，晶粒生长不

5、充分，薄膜颗粒较小。当流量较大或者距离较小的时候，大量Ticl4气体分子吸附到基板表面，晶粒的形核和长大都受到不同程度的抑制，薄膜变得疏松，存在越来越多的晶界和孔洞，就限制了载流子的运动，同时载流子浓度也降低。另外，本论文还就N、Ti原子对TiN薄膜的光学和电学性能的影响进行了研究。发现在N／n较小的时候，电子浓度要小的多，根据Dmde理论中等离子共振波长k与载流子浓度成反比关系可知，此时其k相对较大；当N厂n增加，电子浓度会迅速增加，所以h会向短波方向移动，即发生蓝移。所有样品中具有最佳节能性能样品的制各条件是：反应温

6、度600℃，NH3流量75sccm，Ticl4流量11．25sccm，沉积时间120s，喷涂距离为13cm。其可见光区的平均反射率低于15％，近红外光区的反射率达55％以上，中远红外光区的反射率在80％左右，说明其同时具有了较好的保温和隔热双重节能效果。但其可见光区透过率偏低。拟考虑通过改进实验设备的混气方式，在不降低玻璃的反射性能的前提下，减小薄膜的厚度来增加其可见光区的透过率。TiN镀膜玻璃有望成为一种高效节能镀膜玻璃。关键词常压化学气相沉积法；TjN薄膜；节能：光电性能ABSTRACTEne唱ycrisisisga

7、iningmoreafldmoreane而on910bally，eVenbecomesastrategicissucofaco咖．Tosave1imitedenerg，rsourceswhichhaVebeenfouIldisa11availablemeansadoptedbycoun廿iesonafteran州kLAtprcsent，theene唱y-saVingglassesappliedinarcllitectIlremainlyincludelowemissiVity(10w·e)百assands01arcont

8、rolglass．Low-eglasscanrenectin疗aredradiatedbythingsinthehousebymeaIlsofblackbodyradiation，usedextensivelyincoldareasiIlthewintertopresen，eheatandreduceenergyco