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TiN镀膜玻璃的制备机理及其光学电学性能研究

作　者: 郑鹏飞
导　师: 赵高凌
学　校: 浙江大学
专　业: 材料学
关键词: 常压化学气相沉积法 TiN薄膜节能光电性能
分类号: TQ171
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

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竞相采用的有效措施。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（APCVD）,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XRD、SEM、EDX、四探针电阻测试仪、紫外—可见分光光度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90s的13500μΩ·cm下降到沉积时间为180s的705μΩ·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%—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%—30%范围。 TiCl₄流量和喷涂距离对TiN薄膜各种性能的影响是类似的,两者都通过改变

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章引言  11-13
第二章文献综述  13-36
  2.1 节能镀膜玻璃的研究概况  13-17
    2.1.1 介质层／功能层／介质层多层复合膜  13-15
    2.1.2 半导体单层镀膜玻璃  15-17
  2.2 节能镀膜玻璃的理论基础  17-24
    2.2.1 节能薄膜的节能原理  17-20
    2.2.2 节能镀膜玻璃的功能特点  20-22
    2.2.3 节能镀膜玻璃的主要性能评价指标  22-24
  2.3 镀膜玻璃的制备技术简介  24-30
    2.3.1 真空蒸发镀膜法(Vacuum Evaporation)  24
    2.3.2 溅射法(Sputtering)  24-26
    2.3.3 溶胶—凝胶法(Sol-Gel)  26
    2.3.4 电浮法镀膜(Electro Float)  26-27
    2.3.5 喷涂镀膜法(Spray Coating)  27-28
    2.3.6 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)  28-30
  2.4 节能镀膜玻璃的发展状况  30-32
  2.5 TiN薄膜的性质  32-35
    2.5.1 TiN薄膜的基本物理性质  32-34
    2.5.2 TiN薄膜的电学和光学性质  34-35
  2.6 课题的提出  35-36
第三章 APCVD成膜原理以及样品制备和测试  36-46
  3.1 常压化学沉积法的基本原理  36-40
  3.2 TiN薄膜样品的制备  40-42
    3.2.1 实验设备及原料  40-41
    3.2.2 玻璃基板预处理  41
    3.2.3 制备样品的操作步骤  41-42
    3.2.4 样品的系列沉积参数  42
  3.3 样品的测试与分析手段  42-46
    3.3.1 X射线衍射仪(XRD)  42-43
    3.3.2 场发射扫描电镜(FESEM)  43-44
    3.3.3 X射线能量色散谱(EDX)  44
    3.3.4 四探针电阻测试仪  44-45
    3.3.5 紫外—可见分光光度计(UV／VIS Spectrometer)  45
    3.3.6 傅立叶红外光谱仪(FTIR)  45-46
第四章沉积时间对TiN薄膜性质的影响  46-60
  4.1 沉积时间对TiN薄膜结晶性能的影响  46-47
  4.2 沉积时间对TiN薄膜微观形貌的影响  47-49
  4.3 沉积时间对TiN薄膜电学性能的影响  49-52
  4.4 沉积时间对TiN薄膜光学性能的影响  52-57
  4.5 杂质原子O和Cl对薄膜性质的影响  57-58
  4.6 小结  58-60
第五章 TiCl_4流量和喷涂距离对TIN薄膜性质的影响  60-72
  5.1 TiCl_4流量对TiN薄膜性质的影响  60-67
    5.1.1 TiCl_4流量对薄膜结晶性能和微观结构的影响  60-63
    5.1.2 TiCl_4流量对薄膜电学和光学性能的影响  63-67
  5.2 喷涂距离对TiN薄膜性质的影响  67-71
  5.3 小结  71-72
第六章 N、Ti原子比对TiN薄膜性质的影响  72-76
  6.1 N／Ti对TiN薄膜电学性能的影响  72-74
  6.2 N／Ti对TiN薄膜光学性能的影响  74-75
  6.3 小结  75-76
第七章结论  76-78
参考文献  78-81
攻读硕士期间发表的论文  81-82
致谢  82

TiN镀膜玻璃的制备机理及其光学电学性能研究

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