一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法技术

本发明专利技术属于功能材料技术领域，具体涉及一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，通过设计光频介电常数大于15的介质薄膜，并引入浓度为25

【技术实现步骤摘要】
一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法


[0001]本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法。

技术介绍

[0002]远红外透明导电膜指的是8
‑
12μm波段具有高透射率且同时具有高电导率的薄膜。为了同时获得高的透射率和电导率，传统的材料设计思路分为两类，一种是通过重掺杂的金属氧化物来调控载流子浓度和弛豫时间。在这种思路下，利用宽带隙的氧化物In2O3、CdO等作为母体，通过调控掺杂浓度来增大载流子浓度。但是，掺杂产生了载流子散射中心并降低弛豫时间，不能有效的提高电导率。此外，掺杂引起的高载流子浓度也会与红外波段的光子相互作用产生散射，降低红外透明性质。目前报导的最佳性能出现在ITO薄膜中，但它只能在保证高导电性能的同时实现中红外透明；第二种传统的设计思路是调控载流子浓度和有效质量。根据报导，在SrVO3、CaVO3等金属酸盐中，电子
‑
电子相互作用引起的有效质量的增加可以在保持高载流子浓度的前提下增大等离子体反射波长，从而获得透明导电性能。然而这些金属酸盐的载流子浓度和有效质量可以调控范围比较小，这使得等离子体反射波长不能得到有效提高。目前报导的最佳性能出现在SrVO3薄膜中，它只能在保证高导电率的同时实现近红外透明。从现有的方法来看，无论是调控载流子浓度还是调控有效质量，所得到材料都难以同时实现透明与导电的兼容。
[0003]远红外波段透明和导电协同困难的主要原因有：(1)现有对透明导电材料的研究主要集中在可见/>‑
近
‑
中红外波段，缺少远红外透明导电材料的研究，无相关经验可以借鉴；(2)对于其物理本质，如式(1)和(2)所示：
[0004][0005][0006]满足远红外高透明需要大的等离子体反射波长(λ
p
)，需要低载流子浓度(n)和大载流子有效质量(m
*
)，而高的电导率(σ)则需要高载流子浓度(n)和小载流子有效质量(m
*
)，所以远红外透明和导电在物理起源上存在着巨大的矛盾。这使得难以在一种材料中同时实现透明与导电的协同。
[0007]有鉴于此，亟需提供一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法。
[0009]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0010]一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，通过设计光频介电常数大于15的介质薄膜，并引入浓度为25
‑
35％的阴离子空位以实现远红外透明与导电性能的兼容。
[0011]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，通过制备碲化铋材料来获得光频介电常数大于15的介质薄膜。
[0012]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，通过制备菱方相的Bi2Te
x
材料来获得光频介电常数大于15的介质薄膜，其中1<x<3。
[0013]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，通过调控Bi2Te
x
材料中碲含量x来获得浓度为25
‑
35％的碲离子空位，碲离子空位等于(3
‑
x)/3。
[0014]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，所述Bi2Te
x
材料的制备工艺包括如下步骤：
[0015]1)在磁控溅射镀膜系统中将纯Bi2Te3靶安装在磁控射频溅射靶中，采用硅片或硫化锌片作为衬底；
[0016]2)将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空处理直至室内真空度达到所需真空度，然后向溅射腔室内通入高纯Ar气直至溅射腔室内气压达到溅射所需起辉气压；
[0017]3)控制纯Bi2Te3靶的溅射功率，在基底上沉积得到的薄膜材料即为菱方相的Bi2Te
x
材料；
[0018]4)在基底上沉积得到薄膜材料后，采用管式炉退火，通过控制退火参数来调控Bi2Te
x
材料中碲含量x。
[0019]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，步骤1)中，衬底依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗。
[0020]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，步骤2)中，所需真空度为4
×
10
‑4‑6×
10
‑4Pa，所需起辉气压为1.0
‑
4.0Pa。
[0021]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，步骤3)中，纯Bi2Te3靶采用射频电源，溅射功率为55
‑
65W。
[0022]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，步骤3)中，溅射条件为：靶基距为70mm，衬底温度295
‑
305℃，工作压强为0.95
‑
1.05Pa，Ar气流量为79
‑
81sccm，溅射时间为59
‑
61s。
[0023]进一步地，如上所述在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，步骤4)中，退火时提供常压Ar气氛，Ar流速为200
‑
300sccm，退火温度为200
‑
400℃，退火时间为15min。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法设计科学合理，相比较于传统通过调控载流子浓度或有效质量方法，其通过设计光频介电常数大于15的介质薄膜并引入浓度为25
‑
35％的阴离子空位以实现。
[0026]2、本专利技术制备了光频介电常数为19，阴离子空位浓度为30％的Bi2Te
2.1
薄膜，其电导率高达1843s/cm，8
‑
12微米的平均透射率为71％，首次实现了远红外透明与导电的兼顾，这种良好兼顾性是已报道的任何导电薄膜和透明薄膜都无法实现的。
[0027]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例1所制Bi2Te
2.1
的EDS谱图；
[0030]图2为本专利技术实施例1所制Bi2Te
2.1
膜的XRD谱图；
[0031]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，其特征在于：通过设计光频介电常数大于15的介质薄膜，并引入浓度为25
‑
35％的阴离子空位以实现远红外透明与导电性能的兼容。2.根据权利要求1所述的在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，其特征在于：通过制备碲化铋材料来获得光频介电常数大于15的介质薄膜。3.根据权利要求2所述的在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，其特征在于：通过制备菱方相的Bi2Te
x
材料来获得光频介电常数大于15的介质薄膜，其中1<x<3。4.根据权利要求3所述的在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，其特征在于：通过调控Bi2Te
x
材料中碲含量x来获得浓度为25
‑
35％的碲离子空位，碲离子空位等于(3
‑
x)/3。5.根据权利要求3所述的在薄膜材料中兼容远红外透明与导电性能的方法，其特征在于，所述Bi2Te
x
材料的制备工艺包括如下步骤：1)在磁控溅射镀膜系统中将纯Bi2Te3靶安装在磁控射频溅射靶中，采用硅片或硫化锌片作为衬底；2)将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空处理直至室内真空度达到所需真空度，然后向溅射腔室内通入高纯Ar气直至溅射腔室内气压达到溅射所需起辉气压；3)控制纯Bi2Te3靶的溅射功率，在基底上沉积得到的薄膜材料即为菱方相的Bi2Te
x

【专利技术属性】
技术研发人员：胡超权，崔灿，王家富，朱嘉琦，郑伟涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：