● 摘要
随着世界各国对能源的需求越来越大，能源短缺问题日益明显。如何减少建筑能耗也成为人们普遍关注的问题，节能型镀膜玻璃就是一种可以节省能源的建筑材料。同时，由于环境逐渐恶化，使得人们不得不关注建筑玻璃的环保性能。本文主要目的就是结合TiN和TiO2的优点，制备出具有节能和环保双重性能的TiNxOy薄膜。本文利用直流磁控溅射技术在玻璃衬底上，以N2 和O2为反应气体，制备了TiNxOy薄膜样品。运用XRD、SEM、紫外-可见分光光度计和红外发射率测量仪等表征手段研究了不同反应气体比例、流量对TiNxOy薄膜的结晶、表面形貌、结构和光学性能的影响。研究结果表明，直流磁控溅射法沉积TiNxOy薄膜的溅射过程的稳定性不易控制。研究了溅射过程中电压与N2流量之间的迟滞效应，发现直流电压可以用来控制和调节Ti靶的毒化程度；探讨了临界O2和N2流量与溅射模式（金属溅射模式和化合物溅射模式）的相互关系。TiNxOy薄膜的折射率n随着入射波长的增加先减小再增加；消光系数k单调增加；而吸收系数变化平缓。由“包络法”和Tauc关系确定TiNxOy薄膜的光学能隙介于TiN和TiO2之间。随着沉积时间， 亦即薄膜厚度的增加，薄膜晶粒增大，吸收边红移，折射率n 增大，而消光系数k减小，薄膜的光学带隙Eg减小。随着N2流量的增加，薄膜晶粒变大，吸收光谱向可见光方向展宽，红外发射率和方块电阻减少，当方块电阻小于60 Ω时，薄膜在8～14 μm波段平均红外发射率ε与方块电阻Rs遵循二阶函数变化规律。随着O2流量的逐步增加，薄膜逐渐呈现非晶态，晶粒逐渐变小。薄膜结构从TiN 到TiNxOy再向TiO2过渡。透射光谱显示从TiN的不透明逐渐增加到透明度为80%，且吸收阈发生蓝移。综上所述，在对TiNxOy薄膜制备工艺和微结构研究的基础上，对其光学性能进行了探讨，并首次利用包络法对TiNxOy薄膜的光学常数进行了计算，为以后TiNxOy薄膜在节能镀膜玻璃领域的应用提供了实验基础与应用参考。