taoltxgt快离子导体薄膜的制备与掺杂性能研究

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要快离子导体（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，TaOx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

2、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TaOx薄膜最理想的工艺方法。但是，目前用磁控溅射方法制备TaOx薄膜并不多，鲜有关于用该方法制备的TaOx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TaOx和TaOx:Zr薄膜

3、，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TaOx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TaOx和TaOx: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TaOx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TaOx薄膜掺杂Zr之后，非晶态的趋势强于未掺杂的TaOx薄膜，结构的变化导致了TaOx:Zr薄膜具有更好的离子导电性能；掺杂工艺对TaOx薄膜的离子导电性能影响较为复杂，主要

4、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TaOx薄膜的离子导电性能。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I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTFastionconductors(sometimesarenamedsolidelectrolyte)areakindofsolidmaterialwhichionconductivitycannearorexceedliquidelectrolyte.Thismaterialisrequiredtoh

5、aveverylowelectron,besideshighionconductivity.Alsoitwillhavehighpermeationrate,beeasyformingfilmsandhavegoodmachinestability.What’smoreitmusthavehighiontransplantrate.Accordingdatum,TaOXfilmshaveespecialsamdwichbesidesabovetraits.Amongmanyionconductormaterials,TaOXisregardedasoneof

6、themostpotentialmaterialsbecauseofitsgoodself-resumecapability,shorttransmissionresponsetime,longcyclelifeandlowercost.Itisapitythattheyarefarfrompracticaluse,anditisimportantworkthatthematerialisputintopractice.Therearesomewaystoimprovethefilms’ionconductorperformances,forinstance

7、,optimizingprocessparametersanddopingmethodaretwoeffectiveways.Usually,thereareseveralpreparationprocessesforionconductorfilmssuchassol-gel,vacuum-evaporation,chemicalvapordepositionandsputteringdeposition,inwhichthemagnetronsputteringisthemostoptimalpreparationprocess,foritsmerits

8、ofquickdepositionvelocity,