[发明专利]一种新型高透射率二氧化钒薄膜元件制备方案

说明书

本发明属于物理领域，具体涉及一种二氧化钒双层膜体系及其制备方法和应用。所述双层膜体系包括二氧化钒薄膜层和氧化硅渐变折射率材料薄膜层，所述渐变折射率材料薄膜和所述二氧化钒薄膜从下至上依次堆叠。所述二氧化钒双层膜体系利用了具有渐变折射率功能的材料氧化硅，使所述二氧化钒双层膜体系元件具有超宽波段、全立体角、偏振非敏感、高透过率光谱特性。

技术领域

本发明属于物理领域，具体涉及一种二氧化钒双层膜体系及其制备方法和应用。

背景技术

VO₂薄膜可在不同外界激励条件下瞬时发生半导体与金属之间可逆的相变。相变前后，薄膜晶体结构由单斜晶相变为金红石型，相变前后薄膜的电导率、磁化率、光吸收、折射率、比热容等性质发生突变。VO₂备受关注，不仅因为其具有独特的可逆MIT相变特性，更重要的是VO₂相变温度(68℃)接近室温，因而其实用潜力巨大。VO₂薄膜元件可以被广泛应用到航天、军事、民用等领域，是一种备受关注的新型智能相变材料。例如在太阳能智能窗、航天器热控组件、光学传感器、热敏电阻、光存储材料、红外遥感接收器、可变反射镜、激光防护以及非制冷焦平面探测器等方面VO₂薄膜都具有广阔的应用前景。但由于VO₂薄膜本身透射率较低，不符合大部分应用领域的需求，所以各国研究人员尝试通过掺杂或镀制增透膜等技术手段来改善其透射率提高能量利用率。

渐变折射率薄膜材料是指薄膜的折射率沿着膜厚方向逐渐变化，但在水平方向上保持不变。由于它克服了传统光学薄膜中界面的跃变特性，可使光线在其内部近似呈曲线传播，消除菲涅尔反射，与传统的均匀膜系相比较，渐变折射率薄膜的作用谱段更宽，降低对光线入射角度的依赖程度，理论上可实现超宽波段、全立体角、偏振非敏感、高透过率等性能，被认为是未来‘完美’减反射膜的主要发展形式。受到这种启发，如果将渐变折射率薄膜材料用于高透过VO₂薄膜元件的设计与制备，由于渐变折射率薄膜本身已经消除了膜层间的界面，因此可以大大降低薄膜生长中的缺陷生成概率，提高薄膜生长质量。同时渐变折射率薄膜可以实现许多传统分层介质膜很难实现的性能，如理想的光谱特性、应力可调节、超光滑表面、极低缺陷密度、良好的附着力等。此外，由于渐变折射率薄膜折射率的连续可调，为高透过VO₂薄膜元件的光谱膜系设计增加了额外的自由度，可以有效减少设计膜系结构薄膜的层数，降低制备复杂度与难度系数。

发明内容

为解决VO₂薄膜本身透射率较低这一核心问题，本发明提出一种二氧化钒双层膜体系及其制备方法和应用。所述二氧化钒双层膜体系中利用了具有渐变折射率功能的材料，使所述二氧化钒双层膜体系实现超宽波段、全立体角、偏振非敏感、高透过率性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种二氧化钒双层膜体系，所述双层膜体系包括渐变折射率材料氧化硅薄膜层和二氧化钒薄膜层，所述二氧化钒薄膜层和所述渐变折射率氧化硅材料薄膜层从下至上依次堆叠。

进一步地，所述渐变折射率材料薄膜层是指薄膜的折射率沿着膜厚方向逐渐变化，但在水平方向上保持不变。由于它克服了传统光学薄膜中界面的跃变特性，可使光线在其内部近似呈曲线传播，消除菲涅尔反射，与传统的均匀膜系相比较，渐变折射率材料薄膜的作用谱段更宽，降低对光线入射角度的依赖程度，可实现宽波段、全立体角范围内减反射，被认为是未来‘完美’减反射膜的主要发展形式。

进一步地，所述渐变折射率材料薄膜层为氧化硅薄膜层。

进一步地，所述氧化硅薄膜层的物理及机械性质稳定，具有良好的耐空间辐照特性，在可见光和红外波段范围内具有较高的透过率，其折射率可随制备工艺参数改变在1.1～2.74范围内变化。