[發明專利]一種利用高能脈沖反應磁控濺射制備二氧化釩智能熱控器件的方法

有效

• 申請號: 201811533297.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109518148B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 趙九蓬;張偉巖;豆書亮;李垚;任飛飛;陳曦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/16;C23C14/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種利用高能脈沖反應磁控濺射制備二氧化釩智能熱控器件的方法，涉及一種制備二氧化釩智能熱控器件的方法。目的是解決現有磁控濺射制備VO₂智能熱控器件的工藝存在制備溫度高的問題。利用高能脈沖靶磁控濺射裝置在基底表面沉積金屬反射層，然后在金屬反射層表面沉積VO₂功能層，最后在VO₂功能層表面沉積保護層。本發明將高能脈沖磁控濺射方法應用于VO₂智能熱控器件制備，優點是所需制備溫度低，所需成本較低。本發明適用于制備二氧化釩智能熱控器件。

技術領域

本發明涉及一種制備二氧化釩智能熱控器件的方法。

背景技術

航天器在向陽側與背陽側的溫度變化巨大，電子設備在如此大的溫差環境下難以正常工作，為了維持電子設備的正常運行延長其使用壽命，航天器和衛星內部需要溫度控制系統以實現熱波動的最小化。一般的主動熱控制系統如機械百葉窗等通常涉及溫度傳感器，控制電路和移動部件，這增加了航天器和衛星的制造成本，同時降低了有效載容量。而VO₂智能熱控器件可以根據溫度變化自發改變其發射率，從而有效地控制輻射到深空的熱量。這種熱控器件不需要復雜的傳感器控制系統，也不需要電加熱設備，大大的降低了航天器的重量，也降低了其能耗。一般情況下智能控制系統要求低溫下的紅外發射率ε維持在較低的狀態，減少向外輻射的熱量，維持航天器的溫度穩定：并且高溫下的發射率ε很高以消散多余的熱量，通過對溫度的感知智能調控發射率變化，控制航天器的溫度。智能熱控的發展將會推動航天器向輕質、低能耗、低成本的領域發展。

VO₂是一種典型的熱致變色材料，其在341K的溫度下會發生金屬-絕緣體相變，在相變前后其紅外發射率發生巨大的變化，并且變化趨勢與智能熱控的發射率變化要求相符合，因此VO₂作為一種非常理想的智能熱控材料得到了深入研究。但是現階段VO₂仍然有以下幾個問題制約其在智能熱控領域上的應用：(1)空間穩定性差；(2)制備工藝困難；(3)發射率變化小。目前磁目前文獻報道的VO₂智能熱控器件一般采用化學氣相淀積(CVD)或磁控濺射等方法制備。由于VO₂制備的工藝窗口較窄，采用CVD進行制備時對設備的真空性和精確性要求非常高，導致前期投入巨大，且沉積效率低。磁控濺射雖然成本較低，但制備的溫度為550～700℃，溫度遠高于大部分反射基底的熔化溫度，器件反射層和基底的材料選擇受限，造成器件性能受限，同時由于所選用的金基底，提高了制備成本。

發明內容

本發明為了解決現有磁控濺射制備VO₂智能熱控器件的工藝存在制備溫度高于大部分反射基底的熔化溫度導致的基底的材料選擇受限問題，提出一種利用高能脈沖反應磁控濺射制備二氧化釩智能熱控器件的方法。

本發明利用高能脈沖反應磁控濺射制備二氧化釩智能熱控器件的方法按照以下步驟進行：

步驟一：利用高能脈沖靶磁控濺射裝置在基底表面沉積金屬反射層

依次用丙酮、甲醇和超純水對超聲基底清洗10～20min，將基底放入高能脈沖靶磁控濺射裝置的濺射倉內，將濺射倉抽成真空，加熱基底，然后向濺射倉內通入氬氣；以金、銀或鋁為靶材，在基底表面沉積金屬反射層；

所述金屬反射層的厚度為20～500nm；

所述加熱基底至溫度為250～500℃；

所述將濺射倉抽成真空至真空度為1×10^-4～2.4×10^-3Pa；

所述在基底上沉積金屬反射層的具體沉積參數為：金屬反射層的制備溫度為300～500℃、壓強為0.6～1.2Pa、氬氣流量為50～90sccm、濺射時間為10～300min、脈沖頻率為10～500Hz、電源功率為50～500W、基片偏壓為-100～-300V；