[发明专利]一种利用高能脉冲反应磁控溅射制备二氧化钒智能热控器件的方法

说明书

一种利用高能脉冲反应磁控溅射制备二氧化钒智能热控器件的方法，涉及一种制备二氧化钒智能热控器件的方法。目的是解决现有磁控溅射制备VO₂智能热控器件的工艺存在制备温度高的问题。利用高能脉冲靶磁控溅射装置在基底表面沉积金属反射层，然后在金属反射层表面沉积VO₂功能层，最后在VO₂功能层表面沉积保护层。本发明将高能脉冲磁控溅射方法应用于VO₂智能热控器件制备，优点是所需制备温度低，所需成本较低。本发明适用于制备二氧化钒智能热控器件。

技术领域

本发明涉及一种制备二氧化钒智能热控器件的方法。

背景技术

航天器在向阳侧与背阳侧的温度变化巨大，电子设备在如此大的温差环境下难以正常工作，为了维持电子设备的正常运行延长其使用寿命，航天器和卫星内部需要温度控制系统以实现热波动的最小化。一般的主动热控制系统如机械百叶窗等通常涉及温度传感器，控制电路和移动部件，这增加了航天器和卫星的制造成本，同时降低了有效载容量。而VO₂智能热控器件可以根据温度变化自发改变其发射率，从而有效地控制辐射到深空的热量。这种热控器件不需要复杂的传感器控制系统，也不需要电加热设备，大大的降低了航天器的重量，也降低了其能耗。一般情况下智能控制系统要求低温下的红外发射率ε维持在较低的状态，减少向外辐射的热量，维持航天器的温度稳定：并且高温下的发射率ε很高以消散多余的热量，通过对温度的感知智能调控发射率变化，控制航天器的温度。智能热控的发展将会推动航天器向轻质、低能耗、低成本的领域发展。

VO₂是一种典型的热致变色材料，其在341K的温度下会发生金属-绝缘体相变，在相变前后其红外发射率发生巨大的变化，并且变化趋势与智能热控的发射率变化要求相符合，因此VO₂作为一种非常理想的智能热控材料得到了深入研究。但是现阶段VO₂仍然有以下几个问题制约其在智能热控领域上的应用：(1)空间稳定性差；(2)制备工艺困难；(3)发射率变化小。目前磁目前文献报道的VO₂智能热控器件一般采用化学气相淀积(CVD)或磁控溅射等方法制备。由于VO₂制备的工艺窗口较窄，采用CVD进行制备时对设备的真空性和精确性要求非常高，导致前期投入巨大，且沉积效率低。磁控溅射虽然成本较低，但制备的温度为550～700℃，温度远高于大部分反射基底的熔化温度，器件反射层和基底的材料选择受限，造成器件性能受限，同时由于所选用的金基底，提高了制备成本。

发明内容

本发明为了解决现有磁控溅射制备VO₂智能热控器件的工艺存在制备温度高于大部分反射基底的熔化温度导致的基底的材料选择受限问题，提出一种利用高能脉冲反应磁控溅射制备二氧化钒智能热控器件的方法。

本发明利用高能脉冲反应磁控溅射制备二氧化钒智能热控器件的方法按照以下步骤进行：

步骤一：利用高能脉冲靶磁控溅射装置在基底表面沉积金属反射层

依次用丙酮、甲醇和超纯水对超声基底清洗10～20min，将基底放入高能脉冲靶磁控溅射装置的溅射仓内，将溅射仓抽成真空，加热基底，然后向溅射仓内通入氩气；以金、银或铝为靶材，在基底表面沉积金属反射层；

所述金属反射层的厚度为20～500nm；

所述加热基底至温度为250～500℃；

所述将溅射仓抽成真空至真空度为1×10^-4～2.4×10^-3Pa；

所述在基底上沉积金属反射层的具体沉积参数为：金属反射层的制备温度为300～500℃、压强为0.6～1.2Pa、氩气流量为50～90sccm、溅射时间为10～300min、脉冲频率为10～500Hz、电源功率为50～500W、基片偏压为-100～-300V；