PMMA材料表面高功率脉冲磁控溅射低温下制备ITO薄膜及机理研究

The PMMA material has excellent characteristics of high visible light transmittance，mechanical strength, corrosion resistance and easy processing. The devices produced by ITO film-coated PMMA have a outstanding photoelectric properties, such as high visible light transmittance, infrared reflectivity, UV absorptivity, conductivity, etc, and a widespread application prospect in the field of aerospace, weapons and equipment, and industrial production. The high power pulsed magnetron sputtering (HPPMS) technology has a unique advantage in preparing quality ITO film on the PMMA substrate, with the feature of high ionization rate, low film deposition temperature and excellent film performance. This project to carry out a detailed study of the ITO film deposited on the PMMA substrate both in the film preparation experiment and film growth mechanism. Using HPPMS technology to prepare coatings, analyze the photoelectric properties and membrane-binding performance of the film combined with the thin film growth and the conductive/ light transmission mechanism. Summarize the influence of the preparation process of the film properties for the purpose of process optimized. The research purpose is to solve scientific and technological issues of preparing the quality photoelectric properties TCO film on the PMMA surface under low temperature with well combined performance., and lay the foundation for HPPMS technique used in low-temperature coating deposition.

有机玻璃（PMMA）具有极好的透光性和机械强度，且具备耐腐蚀、易加工等特性。镀膜PMMA器件（ITO+PMMA）以优异的光电性能，高可见光透过率、红外反射率、紫外吸收率、电导率及对微波的衰减性等，在航空航天、武器装备和工业生产等领域具有广泛的应用前景。高功率脉冲磁控溅射技术以高的溅射粒子离化率，低的膜层沉积温度和优异的膜层性能，在PMMA基体低温制备优质ITO膜方面具有独特优势。 本项目在膜层制备实验和膜层成长机理两方面开展PMMA基体表面ITO膜制备的详细研究。采用高功率脉冲磁控溅射方法制备涂层，分析制备膜层的光电性能及膜基结合性能，并结合簿膜成长和导电透光机理,归纳制备工艺对膜层性能的影响规律，指导工艺优化,解决PMMA基体表面，低温下制备的透明导电氧化物薄膜的光电性能和膜基结合性能差的关键科技问题，为高功率脉冲磁控溅射技术应用于低温涂层沉积奠定基础。

伴随以有机玻璃和柔性高分子材料为基体的光电器件在航空航天、武器装备和工业生产等领域的广泛应用，高分子聚合材料表面光电性能和附着性良好的TCO涂层低温（室温）制备工艺成为TCO薄膜研究领域亟需解决的问题。PMMA基体上制备ITO涂层工艺研究过程中，由于基体属于高分子有机材料且不耐热， ITO薄膜是铟锡金属氧化物，属于无机物。有机材料和金属氧化物之间所形成的化学键较弱、界面结合能力差。鉴于以上限制因素，采用高功率脉冲磁控溅射技术在PMMA基体表面制备ITO涂层。利用高功率磁控溅射技术中的高密度离子束流轰击基体表面，在去除基体表面污染获得化学键合界面，起到表面活化的作用大幅增强膜基结合强度。另外高密度的离子轰击还可以提高沉积原子表面扩散能力，促进晶粒的重复形核速率和迁移速率，进而抑制贯穿薄膜厚度的柱状晶结构形成，提高薄膜的致密度和均匀性，改善薄膜硬度、耐磨和耐蚀等性能。.本课题开展了功率、工作气压、气体种类等主要工艺参数对涂层光电性能影响规律，采用扫描电镜、分光光度计、XRD、金相显微镜和四探针测试仪对涂层性能进行分析表征，得出以下主要结论：.1）制备方法对涂层性能影响.相同电源功率前提下，直流磁控溅射技术、射频磁控溅射技术和高功率脉冲磁控溅射技术三种方法制备涂层表面微观形貌区别明显，晶粒尺寸依次减小，透光率升高，表面方阻降低。.2）电源功率对涂层性能影响.随电源功率升高，涂层光电性能先改善后降低，当功率高于100W时涂层结晶状况良好，涂层致密，光电性能最好。高于150W时涂层晶粒尺寸粗大，光电性能下降。.3）气体种类和工作气压对涂层性能影响.Ar气，N2气和O2气三种气体对涂层性能影响明显。氧气明显提高涂层透光率。工作气压在0.5-0.8Pa制备涂层光电性能最好，涂层致密。.4）其他因素对涂层性能影响.尝试低能Ag+离子注入掺杂ITO涂层。透光率有所提高，但导电率下降。.该研究成果为有机材料表面低温制备涂层提供了一种新的技术路线，为光电器件在航空航天、武器装备和工业生产等领域的广泛应用提供技术基础。