PDF《VO2/AZO 复合薄膜的制备及其光电特性研究∗》

1 (a) 和图

1 (b) 可以发现, 样品中 AZO 的XRD 图谱峰位和峰值均没有改变, 说明在高温热氧化退火过程中, 没有形成 Zn, Al, V 的混合氧化物, 表明 VO2 薄膜没有与 AZO 发生 化学反应, 而是在 AZO 表面直接生长为 (011) 取 向的 VO2 薄膜. 图1(a) 中AZO(002) 晶面、 图1(b) 中VO2(011) 晶面和图

1 (c) 中VO2(011) 晶面对应 的半峰全宽(FWHM)约为0.311? , 0.417? 和0.485? , 根据Debye-Scherrer公式D = kλ/β cos θ 可以估算 样品晶粒的平均尺寸分别为26.441 nm, 19.413 nm 和16.692 nm. 对VO2 而言, 薄膜晶粒的增大减小 了晶界分布和晶体缺陷, 减弱了晶界处的原子不 规则排列对晶体结构中的 V4+ ―V4+ 键的破坏 [17] . 可见 AZO 薄膜有助于提高复合薄膜的结晶度, 能 够改善薄膜的成膜质量, 并且不改变VO2 薄膜择优 取向生长. 图2(网刊彩色) AFM 图谱 (a) AZO 薄膜;

(b) VO2/AZO 复合薄膜;

(c) VO2 薄膜 为进一步研究 VO2/AZO 复合薄膜的结构特 征, 室温下利用 AFM 采用接触式扫描模式对 AZO 导电玻璃基板、 VO2/AZO 复合薄膜及 VO2 薄膜的 表面微结构及表面粗糙度进行表征, 如图

2 所示. 从图

2 (b) 和(c) 可以看出, 薄膜表面多取向多晶 结构明显, 晶粒之间结合紧密, 缺陷少. 和VO2 薄 膜相比, VO2/AZO 复合薄膜的结晶质量得到显著 改善, 表面平滑致密, 晶粒有序生长, 横向尺寸增 大, 相邻晶粒之间的结合更加紧密, 缺陷更少. 由于AZO 薄膜表面存在晶格缺陷, 形核首先在具有 缺陷能的晶体缺陷处形成, 并伴随部分晶格畸变 能量的释放, 这样有助于 VO2 在形核处结晶, 由于 218101-4 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.

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218101 AZO 晶粒和 VO2 晶粒之间的 Gibbs 自由能存在差 异, VO2 原子在 AZO薄膜表面继续扩散与迁移, 通 过表面或者晶界的原子扩散, 原子被输运到接触 区, 最后融合为晶化的小颗粒, 随着结晶过程的持 续, 薄膜表面的小颗粒出现了联结、 合并和融合等 现象, 颗粒变大, 为了使表面自由能最小, 薄膜表 面的颗粒呈圆包状. 由AFM 测试可知, VO2/AZO 复合薄膜的轮廓算术平均粗糙度 Ra 为5.482 nm, 均方根表面粗糙度 Rq 相比 VO2 薄膜降低了 2.741 nm. 表面粗糙度的减小直接导致薄膜表面散射、 反 射减小, 所引起的光损耗也会相应地减少, 从而导 致透过率升高. 从AFM 结果及分析来看, AZO 有 助于VO2 薄膜结晶和生长, 也明显改变了它的表面 形貌, 这和XRD分析的结果一致. 图3VO2/AZO 复合薄膜的 XPS 图谱 (a) VO2 表面的宽程扫描;

(b) VO2 表面的窄程扫描;

(c) VO2 表面 V2p3/2 分峰拟合;

(d) VO2 表面 O1s 分峰拟合;

(e) VO2 内部的宽程扫描;

(f) VO2/AZO 界面的宽程扫描 图3是VO2/AZO 复合薄膜样品的 XPS 图谱, 以C1s = 284.6 eV 为基准进行结合能校正. 图3(a) 为宽程扫描谱, 与标准结合能数据库对比,

530 eV 和516.3 eV 对应的是 O1s 和V2p3/2 峰, 从 宽谱来看, 薄膜表面含有大量的钒氧化物. 宽程扫 描谱中没有发现 AZO 基底中 Zn, Al 等元素, 表明 复合薄膜连续且致密. 图3(b)为510―536 eV范围 内的窄程扫描谱, 结合能524.7 eV处较小峰值对应 V5+ 2p1/2, 说明存在少量的 V2O5. 图3(c)和图 (d) 分别对应的是 V2p3/2 峰和 O1s 峰的分峰拟合图样, 218101-5 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.

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218101 可进一步说明复合薄膜样品中的主要成分为 VO2, 同时样品表面还含有少量的V2O5. 另外前述XRD 测试的结果中没有出现除 V4+ 以外的钒价态, 表明 XPS 分析中存在的 V5+ 是由样品表面的微氧化造 成的. 图3(e) 是复合薄膜经离子束刻蚀