CN111926304B - 一种vo2合金半导体薄膜及制备方法和应用 - Google Patents

一种vo2合金半导体薄膜及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了合金半导体薄膜及制备方法和应用，该合金半导体薄膜的化学式为HfxWyV1‑x‑yO2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，本发明的合金半导体薄膜，利用HfO2的带隙(5.5eV)大于VO2的带隙(2.6eV)，使用Hf4+离子部分取代V4+离子，来提高VO2的光学带隙有效地提升薄膜的可见光透过率。同时，W离子为+6价，在VO2中掺入W6+离子相当于引入了载流子，载流子引入越多，越容易驱动电子相变的发生，因此降低了相变温度，选择Hf4+离子和W6+离子部分取代V4+离子制备了HfxWyV1‑x‑yO2合金体系从而实现了VO2的高可见光透过率和对其相变温度的调节。

Description

一种VO2合金半导体薄膜及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及半导体光电材料技术领域，尤其涉及一种合金半导体薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济的发展，全球能源短缺的趋势越来越明显。人类面临着全球能源需求增加、化石燃料日益耗尽和环境污染不断加重等一系列问题，这使人们认识到节约能源，使用环保型智能材料尤为重要。而太阳能是取之不尽的可再生能源，又是绿色能源，若能充分利用太阳能，可以预见将对解决人类的能源与环境问题发挥极大的作用。每年夏天，室内使用空调降温，将消耗大量的电力能源。普通玻璃对红外光的透过率高，太阳光中的红外光会带来大量热辐射，这是造成夏天室内高温的主要原因。如果将普通玻璃窗替换成玻璃表面加镀具有热致变色性能薄膜材料从而能大幅降低红外光透过率的智能窗，那么室内温度将大大降低，因而可减少空调的使用，有效地节约能源。
最近几年发展起来的可主动响应环境温度变化的VO2智能窗户受到了研究界的广泛关注。在低于MIT(金属-绝缘体相变)温度下，VO2是绝缘的单斜相，对红外光具有非常高的透过率。当将VO2加热到MIT温度以上时，单斜结构变成四方金红石结构，VO2呈金属特性，对红外光的吸收和反射增强，透过率降低。利用VO2这样的相变特性，可以有效地对太阳光特别是红外光进行调制。各国的研究机构依旧孜孜不倦地在VO2智能窗产业化的方向上努力，但纯的VO2薄膜相变温度过高(68℃)，同时可见光透过率较低，限制了其在智能玻璃的应用。
基于上述VO2薄膜存在的缺陷，有必要对其进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种合金半导体薄膜及其制备方法和应用，以解决现有VO2薄膜存在低的可见光透过率以及过高的相变温度。
第一方面，本发明提供了一种合金半导体薄膜，所述薄膜的化学式为 HfxWyV1-x- yO2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。
第二方面，本发明还提供了一种合金半导体薄膜的制备方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底表面采用脉冲激光烧蚀法、磁控溅射法或电子束蒸发法制备得到所述薄膜。
可选的，采用脉冲激光烧蚀法制备所述薄膜具体包括：
采用Hf、W共掺的V2O5陶瓷作为靶材，控制所述衬底的温度为300～800℃，控制脉冲激光能量为200～600mJ/Pulse、氧压为0～10Pa，并在所述衬底表面沉积得到所述薄膜。
可选的，所述Hf、W共掺的V2O5陶瓷的制备方法包括：
将HfO2、WO3、V2O5混合均匀并加水后研磨，得到混合粉末；
将所述混合粉末置于真空管式炉中，于300～800℃下烧制1～4h，即得Hf、 W共掺的V2O5陶瓷。
可选的，在所述衬底表面沉积时间为10～60min。
可选的，所述HfO2、WO3、V2O5的摩尔比为5:1:46～47。
可选的，将HfO2、WO3、V2O5混合均匀后研磨，得到混合粉末后还包括：
将所述混合粉末置于真空干燥箱于80～120℃下，干燥10～12h，然后碾碎，压成圆片；再将圆片置于真空管式炉中烧制即得Hf、W共掺的V2O5陶瓷。
可选的，所述衬底包括c面蓝宝石衬底或玻璃衬底。
可选的，在所述衬底表面制备所述薄膜之前还包括对所述衬底进行清洁处理。
第三方面，本发明还提供了一种合金半导体薄膜在智能窗、建筑材料、光电开关以及光学功能材料中的应用。
本发明的一种合金半导体薄膜相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的合金半导体薄膜，利用HfO2的带隙(5.5eV)大于VO2的带隙(2.6eV)，使用Hf4+离子部分取代V4+离子，来提高VO2的光学带隙有效地提升薄膜的可见光透过率。同时，W离子为+6价，在VO2中掺入W6+离子相当于引入了载流子，载流子引入越多，越容易驱动电子相变的发生，因此降低了相变温度。选择Hf4+离子和W6+离子部分取代V4+离子制备了HfxWyV1-x-yO2合金体系，从而实现了对VO2高可见光透过率和相变温度的同时调节；
(2)本发明的合金半导体薄膜，金属-绝缘体转变(即MIT相变)温度在48℃至 31℃之间；
(3)本发明的合金半导体薄膜，通过Hf4+离子部分取代VO2中的V4+离子，可以明显提高VO2的光学带隙，其在380～780nm波长范围内可见光的透过率最高为41.2％，在对780～2500nm波长范围内红外光的调制率为7.5～17.7％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明的实施例1中制备得到的Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜的 XRD图谱；
图2为本发明的实施例1中制备得到的Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜的电阻率测试结果图；
图3为本发明的实施例1中制备得到的Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜的电阻率-温度曲线对温度微分处理图；
图4为本发明的实施例1中制备得到的Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜的红外可见紫外光透射光谱测试结果图；
图5为本发明的实施例2中制备得到的Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜的 XRD图谱；
图6为本发明的实施例2中制备得到的Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜的电阻率测试结果图；
图7为本发明的实施例2中制备得到的Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜的电阻率-温度曲线对温度微分处理图；
图8为本发明的实施例2中制备得到的Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜的红外可见紫外光透射光谱测试结果图；
图9为本发明的实施例3中制备得到的Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜的 XRD图谱；
图10为本发明的实施例3中制备得到的Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜的电阻率测试结果图；
图11为本发明的实施例3中制备得到的Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜的电阻率-温度曲线对温度微分处理图；
图12为本发明的实施例3中制备得到的Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜的红外可见紫外光透射光谱测试结果图；
图13为本发明的对比例1中制备得到的VO2半导体薄膜的XRD图谱；
图14为本发明的对比例1中制备得到的VO2半导体薄膜的电阻率测试结果图；
图15为本发明的对比例1中制备得到的VO2半导体薄膜的电阻率-温度曲线对温度微分处理图；
图16为本发明的对比例1中制备得到的VO2半导体薄膜的红外可见紫外光透射光谱测试结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种合金半导体薄膜，该述薄膜的化学式为Hf0.12W0.02V0.86O2。
需要说明的是，本发明采用W6+离子掺杂来有效降低VO2相变温度，Hf4+离子的掺杂来提高VO2薄膜的光学带隙，从而使得HfxWyV1-x-yO2合金半导体薄膜具有高的可见光透过率和接近于室温的相变温度。具体的，本发明利用HfO2的带隙(5.5eV)大于VO2的带隙(2.6eV)，使用Hf4+离子部分取代V4+离子，来提高VO2的光学带隙从而有效地提升薄膜的可见光透过率。同时，W离子为+6价，在VO2中掺入W6+离子相当于引入了载流子，载流子引入越多，越容易驱动电子相变的发生，因此降低了相变温度，选择Hf4+离子和W6+离子部分取代V4+离子制备了HfxWyV1-x-yO2合金体系从而实现了对VO2高可见光透过率和相变温度的同时调节。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了该合金半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S11、提供一衬底；
S12、在该衬底表面采用脉冲激光烧蚀法、磁控溅射法或电子束蒸发法制备得到薄膜。
需要说明的是，本申请实施中，衬底包括c面蓝宝石衬底或玻璃衬底、硅或石英玻璃衬底、GaN/蓝宝石(硅)衬底等；蓝宝石衬底，其主要成分是氧化铝 (Al2O3)，c-Al2O3表示c面蓝宝石；本申请实施中，c面蓝宝石衬底的厚度为 0.35～0.45mm；
具体的，本申请实施例中，采用脉冲激光烧蚀法制备所述薄膜具体包括以下步骤：
S21、采用Hf、W共掺的V2O5陶瓷作为激光烧蚀靶材，将蓝宝石衬底依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水分别经过超声清洗15min后，将靶材、蓝宝石衬底装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
S22、设定靶台与样品台间距为55mm、控制衬底温度为650℃、真空室氧压为2Pa、激光脉冲能量为250mJ/pulse、脉冲频率为5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min，沉积时间为30min后即在蓝宝石衬底表面沉积得到Hf0.12W0.02V0.86O2薄膜。
具体的，本申请实施例中，Hf、W共掺的V2O5陶瓷的制备方法包括：
S31、按摩尔比HfO2：WO3：V2O5＝5：1：47，称取0.865g HfO2粉末、0.189g WO3粉末和6.946g V2O5粉末，混合均匀后，加入15g无水乙醇，然后置于行星式球磨机中的球磨罐(球磨介质为氧化锆陶瓷球)中，球磨4h，得到混合粉末；
S32、将混合粉末筛去锆球后置于真空干燥箱中，在80℃下真空干燥8h，取出后自然冷却至室温，再加入1g无水乙醇，用碾钵充分研磨均匀后使用压片机在8MPa压强下压成直径27.5mm、厚度2mm的圆形坯片；
S33、将圆形坯片置于真空管式炉中的坩埚内，并在其周围放上成分相同的粉料(15.000g)。将管式炉升温至620℃并保温4h，随后自然冷却至室温，即得 Hf、W共掺的V2O5陶瓷。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了制备得到的合金半导体薄膜在制备智能窗、建筑材料、光电开关以及光学功能材料中的应用。
实施例2
本发明提供了一种合金半导体薄膜，该述薄膜的化学式为Hf0.11W0.03V0.86O2。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了该合金半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S11、提供一衬底；
S12、在该衬底表面采用脉冲激光烧蚀法、磁控溅射法或电子束蒸发法制备得到薄膜。
需要说明的是，本申请实施中，衬底包括c面蓝宝石衬底或玻璃衬底、硅或石英玻璃衬底、GaN/蓝宝石(硅)衬底等；蓝宝石衬底，其主要成分是氧化铝 (Al2O3)，c-Al2O3表示c面蓝宝石；本申请实施中，c面蓝宝石衬底的厚度为 0.35～0.45mm；
具体的，本申请实施例中，采用脉冲激光烧蚀法制备所述薄膜具体包括以下步骤：
S21、采用Hf、W共掺的V2O5陶瓷作为激光烧蚀靶材，将蓝宝石衬底依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水分别经过超声清洗15min后，将靶材、蓝宝石衬底装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
S22、设定靶台与样品台间距为55mm、控制衬底温度为650℃、真空室氧压为2Pa、激光脉冲能量为250mJ/pulse、脉冲频率为5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min，沉积时间为30min后即在衬底表面沉积得到 Hf0.11W0.03V0.86O2薄膜。
具体的，本申请实施例中，Hf、W共掺的V2O5陶瓷的制备方法包括：
S31、按摩尔比HfO2：WO3：V2O5＝5：2：46.5，称取0.846g HfO2粉末、0.372g WO3粉末和6.782g V2O5粉末，混合均匀后，加入15g无水乙醇，然后置于行星式球磨机中的球磨罐(球磨介质为氧化锆陶瓷球)中，球磨4h，得到混合粉末；
S32、将混合粉末筛去锆球后置于真空干燥箱中，在80℃下真空干燥8h，取出后自然冷却至室温，再加入1g无水乙醇，用碾钵充分研磨均匀后使用压片机在8MPa压强下压成直径27.5mm、厚度2mm的圆形坯片；
S33、将圆形坯片置于真空管式炉中的坩埚内，并在其周围放上成分相同的粉料(15.000g)。将管式炉升温至620℃并保温4h，随后自然冷却至室温，即得 Hf、W共掺的V2O5陶瓷。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了制备得到的合金半导体薄膜在智能窗、建筑材料、光电开关以及光学功能材料中的应用。
实施例3
本发明提供了一种合金半导体薄膜，该述薄膜的化学式为Hf0.10W0.04V0.86O2。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了该合金半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S11、提供一衬底；
S12、在该衬底表面采用脉冲激光烧蚀法、磁控溅射法或电子束蒸发法制备得到薄膜。
需要说明的是，本申请实施中，衬底包括c面蓝宝石衬底或玻璃衬底、硅或石英玻璃衬底、GaN/蓝宝石(硅)衬底等；蓝宝石衬底，其主要成分是氧化铝 (Al2O3)，c-Al2O3表示c面蓝宝石；本申请实施中，c面蓝宝石衬底的厚度为 0.35～0.45mm；
具体的，本申请实施例中，采用脉冲激光烧蚀法制备所述薄膜具体包括以下步骤：
S21、采用Hf、W共掺的V2O5陶瓷作为激光烧蚀靶材，将蓝宝石衬底依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水分别经过超声清洗15min后，将靶材、蓝宝石衬底装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
S22、设定靶台与样品台间距为55mm、控制衬底温度为650℃、真空室氧压为2Pa、激光脉冲能量为250mJ/pulse、脉冲频率为5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min，沉积时间为30min后即在蓝宝石衬底表面沉积得到Hf0.10W0.04V0.86O2薄膜。
具体的，本申请实施例中，Hf、W共掺的V2O5陶瓷的制备方法包括：
S31、按摩尔比HfO2：WO3：V2O5＝5：3：46，称取0.834g HfO2粉末、0.550g WO3粉末和6.615g V2O5粉末，混合后，加入15g无水乙醇，然后置于行星式球磨机中的球磨罐(球磨介质为氧化锆陶瓷球)中，球磨4h，得到混合粉末；
S32、将混合粉末筛去锆球后置于真空干燥箱中，在80℃下真空干燥8h，取出后自然冷却至室温，再加入1g无水乙醇，用碾钵充分研磨均匀后使用压片机在8MPa压强下压成直径27.5mm、厚度2mm的圆形坯片；
S33、将圆形坯片置于真空管式炉中的坩埚内，并在其周围放上成分相同的粉料(15.000g)。将管式炉升温至620℃并保温4h，随后自然冷却至室温，即得 Hf、W共掺的V2O5陶瓷。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了制备得到的合金半导体薄膜在智能窗、建筑材料、光电开关以及光学功能材料中的应用。
对比例1
一种VO2半导体薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
S41、采用直径为3cm，厚度为3mm的金属V圆片作为激光烧蚀靶材，然后将蓝宝石衬底分别经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗15min后，再将靶材、蓝宝石衬底装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
S42、设定靶台与样品台间距为55mm、控制衬底温度为650℃、真空室氧压为2Pa、激光脉冲能量为400mJ/pulse、脉冲激光频率为5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min，沉积时间为30min后，即在衬底表面沉积得到VO2半导体薄膜。
性能测试
将实施例1～3制备得到的合金半导体薄膜以及对比例1制备得到的VO2半导体薄膜分别测试其XRD谱图，结果如图1、图5、图9和图13所示。
将实施例1～3制备得到的合金半导体薄膜以及对比例1制备得到的VO2半导体薄膜通过四探针进行电阻率测试，结果如图2、图6、图10和图14所示，并对电阻率-温度曲线对温度做微分处理，结果如图3、图7、图11和图15所示。
将实施例1～3制备得到的合金半导体薄膜以及对比例1制备得到的VO2半导体薄膜进行UV光谱测试，结果如图4、图8、图12和图16所示。
从图1中可知，实施例1制备得到的Hf0.12W0.02V0.86O2薄膜XRD全谱图中出现2个衍射峰，对比VO2的标准XRD谱图(JCPDS File No.82-0661)可知： 39.7°左右的峰是Hf0.12W0.02V0.86O2的(020)晶面衍射峰，对比Al2O3的标准XRD 谱图(JCPDS File No.46-1212)可知41.7°的峰是蓝宝石(0006)晶面衍射峰。由此可知所沉积的薄膜为(020)面取向的Hf0.12W0.02V0.86O2薄膜。
将实施例1中得到的Hf0.12W0.02V0.86O2通过四探针进行电阻率测试。测试过程中电压计采用高输入阻抗可以有效去除接触电阻和引线电阻对测量结果的影响，探针间距远大于所测试薄膜厚度，远小于薄膜样品面积。测试结果如图2 所示，从图2中可知Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜表现出明显的MIT相变特征。为了进一步确定Hf0.12W0.02V0.86O2薄膜的临界相变温度，对电阻率-温度曲线对温度做微分处理，结果如图3所示，从图3中可知，Hf0.12W0.02V0.86O2薄膜的相变温度为48℃。
将Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜进行UV光谱测试，测试结果如图4所示。根据实际的太阳辐照度，通过积分计算出薄膜在相变前后对可见光和红外光的透过率，相变前后红外光透过率的差值即为薄膜对红外光的调制率。结果表明，本实施例制得的Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜在室温时对380～780nm 波长范围可见光的透过率为39.8％，对780～2500nm波长范围红外光的调制率为 17.7％，表明Hf0.12W0.02V0.86O2合金半导体薄膜具备高的可见光透过率和明显的对红外光的调控作用。
从图5中可知，实施例2制备得到的Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜的 XRD全谱图中出现2个衍射峰，对比VO2的标准XRD谱图(JCPDS File No. 82-0661)可知：39.7°左右的峰是Hf0.11W0.03V0.86O2的(020)晶面衍射峰，对比Al2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No.46-1212)可知41.7°的峰是蓝宝石(0006)晶面衍射峰。由此可知所沉积的薄膜为(020)面取向的Hf0.11W0.03V0.86O2薄膜。
将实施例2中得到的Hf0.11W0.03V0.86O2通过四探针进行电阻率测试。测试过程中电压计采用高输入阻抗可以有效去除接触电阻和引线电阻对测量结果的影响，探针间距远大于所测试薄膜厚度，远小于薄膜样品面积。测试结果如图6 所示，从图6中可知Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜表现出明显的MIT相变特征。为了进一步确定Hf0.11W0.03V0.86O2薄膜的临界相变温度，对电阻率-温度曲线对温度做微分处理，结果如图7所示，从图7中可知，Hf0.11W0.03V0.86O2薄膜的相变温度为40℃。
将Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜进行UV光谱测试，测试结果如图8所示。根据实际的太阳辐照度，通过积分计算出薄膜在相变前后对可见光和红外光的透过率，相变前后红外光透过率的差值即为薄膜对红外光的调制率。结果表明，本实施例制得的Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜在室温时对380～780nm 波长范围可见光的透过率为41.3％，对780～2500nm波长范围红外光的调制率为 13.1％，表明Hf0.11W0.03V0.86O2合金半导体薄膜具备高的可见光透过率和明显的对红外光的调控作用。
从图9中可知，实施例3制备得到的Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜的 XRD全谱图中出现2个衍射峰，对比VO2的标准XRD谱图(JCPDS File No. 82-0661)可知：39.7°左右的峰是Hf0.10W0.04V0.86O2的(020)晶面衍射峰，对比Al2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No.46-1212)可知41.7°的峰是蓝宝石(0006)晶面衍射峰。由此可知所沉积的薄膜为(020)面取向的Hf0.10W0.04V0.86O2薄膜。
将实施例3中得到的Hf0.10W0.04V0.86O2通过四探针进行电阻率测试。测试过程中电压计采用高输入阻抗可以有效去除接触电阻和引线电阻对测量结果的影响，探针间距远大于所测试薄膜厚度，远小于薄膜样品面积。测试结果如图10 所示，从图10中可知Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜表现出明显的MIT相变特征，为了进一步确定Hf0.10W0.04V0.86O2薄膜的临界相变温度，对电阻率-温度曲线对温度做微分处理，结果如图11所示，从图11中可知，Hf0.10W0.04V0.86O2薄膜的相变温度为31℃。
将Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜进行UV光谱测试，测试结果如图12 所示。根据实际的太阳辐照度，通过积分计算出薄膜在相变前后对可见光和红外光的透过率，相变前后红外光透过率的差值即为薄膜对红外光的调制率。结果表明，本实施例制得的Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜在室温时对 380～780nm波长范围可见光的透过率为41.2％，对780～2500nm波长范围红外光的调制率为7.5％，表明Hf0.10W0.04V0.86O2合金半导体薄膜具备高的可见光透过率和明显的对红外光的调控作用。
从图13中可知，对比例1制备得到的VO2半导体薄膜XRD全谱图中出现 2个衍射峰，对比VO2的标准XRD谱图(JCPDS File No.82-0661)可知：39.7°附近的峰是VO2的(020)晶面衍射峰。对比Al2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No. 46-1212)可知41.7°的峰是蓝宝石(0006)晶面衍射峰。
将对比例1中得到的VO2通过四探针进行电阻率测试。测试过程中电压计采用高输入阻抗可以有效去除接触电阻和引线电阻对测量结果的影响，探针间距远大于所测试薄膜厚度，远小于薄膜样品面积。测试结果如图14所示，从图 14中可知VO2半导体薄膜表现出明显的MIT相变特征。为了进一步确定 Hf0.12W0.02V0.86O2薄膜的临界相变温度，对电阻率-温度曲线对温度做微分处理，结果如图15所示，从图15中可知，VO2薄膜的相变温度为63℃。
将VO2半导体薄膜进行UV光谱测试，测试结果如图16所示。根据实际的太阳辐照度，通过积分计算出薄膜在相变前后对可见光和红外光的透过率，相变前后红外光透过率的差值即为薄膜对红外光的调制率。结果表明，对比例制得的VO2半导体薄膜在室温时对380～780nm波长范围可见光的透过率为26.5％，对780～2500nm波长范围红外光的调制率为23.8％，表明VO2半导体薄膜具备低的可见光透过率和明显的对红外光的调控作用。
由上述实施例1～3以及对比例1的性能测试数据可知，本申请提供的 HfxWyV1-x-yO2合金半导体薄膜具有金属-绝缘体转变特性，其金属-绝缘体转变(即 MIT相变)温度在48℃至31℃之间，明显低于纯VO2薄膜的MIT相变温度 (63℃)；本申请通过Hf4+离子部分取代VO2中的V4+离子，可以明显提高VO2的光学带隙，其在380～780nm波长范围内可见光的透过率最高为41.2％，显著高于纯VO2薄膜的可见光透过率(23.8％)；本申请提供的HfxWyV1-x-yO2合金半导体薄膜对780～2500nm波长范围内红外光的调制率为7.5～17.7％。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种合金半导体薄膜，其特征在于，所述薄膜的化学式为Hf0.11W0.03V0.86O2，所述薄膜室温时对380~780nm波长范围可见光的透过率为41.3%、对780~2500nm波长范围红外光的调制率为13.1％，所述薄膜的相变温度为40℃。
2.一种如权利要求1所述的合金半导体薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底表面采用脉冲激光烧蚀法制备得到所述薄膜；
采用脉冲激光烧蚀法制备所述薄膜具体包括以下步骤：
采用Hf、W共掺的V2O5陶瓷作为激光烧蚀靶材，将靶材、衬底装入真空室，并抽真空至10- 4Pa；
设定靶台与样品台间距为55mm、控制衬底温度为650℃、真空室氧压为2Pa、激光脉冲能量为250mJ/pulse、脉冲频率为5Hz、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min，沉积时间为30min后即在衬底表面沉积得到薄膜；
所述Hf、W共掺的V2O5陶瓷的制备方法包括：
将HfO2、WO3、V2O5混合均匀后研磨，得到混合粉末；
将所述混合粉末置于真空管式炉中，于300~800℃下烧制1~4h，即得Hf、W共掺的V2O5陶瓷；
所述HfO2、WO3、V2O5的摩尔比为5:2:46.5。
3.如权利要求2所述的合金半导体薄膜的制备方法，其特征在于，将HfO2、WO3、V2O5混合均匀后研磨，得到混合粉末后还包括：
将所述混合粉末置于真空干燥箱于80~120℃下，干燥10~12h，然后碾碎，
压成圆片；再将圆片置于真空管式炉中烧制即得Hf、W共掺的V2O5陶瓷。
4.如权利要求2所述的合金半导体薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底包括c面蓝宝石衬底或玻璃衬底。
5.如权利要求2所述的合金半导体薄膜的制备方法，其特征在于，在所述衬底表面制备所述薄膜之前还包括对所述衬底进行清洁处理，对所述衬底进行清洁处理具体包括：将所述衬底依次在丙酮、无水乙醇和去离子水分别经过超声清洗15min。
6.一种如权利要求1所述的合金半导体薄膜在智能窗、建筑材料、光电开关以及光学功能材料中的应用。
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