本文采用能量過濾磁控濺射技術(Energy Filter Direct Magnetron Sputtering，EFDMS)，通過改變沉積溫度在玻璃襯底上制備了一系列TiN 薄膜。利用XRD 進行了物相鑒定，使用分光光度計、橢圓偏振光譜儀和四探針電阻儀測試了TiN 薄膜的光學性能。結果表明：制備的TiN 薄膜為多晶態立方結構TiN，且隨著襯底溫度的升高，薄膜結晶性提高，在近紅外區的反射率顯著上升，可見光區的透光率有所下降，同時，薄膜的禁帶寬度變寬，折射率減小，消光系數升高。

　　氮化鈦(TiNx )薄膜是通過離子鍵、金屬鍵和共價鍵結合而成的，其中氮的p 軌道能量低于氮化鈦的費米能，這導致材料中自由電子類似于金屬鍵的d 電子，增加了TiN 的導電性，因此TiN薄膜具有類似于金、銀等貴金屬薄膜的光學性能，在可見光區半透明且在紅外區高反射。近些年，國外許多廠家開始將氮化鈦作為太陽光選擇透過膜的透明熱鏡層來使用。不僅如此，作為Cu 的擴散阻擋層，TiN 薄膜在半導體器件中也日益受到關注，另外，TiN 還具有其它一些獨特的性能，如高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損。再加上它頗討人們喜愛的、可與黃金相媲美的金黃色，使其在汽車、建筑、節能等相關行業都得到了廣泛應用。

　　為提高TiN 薄膜在太陽光譜中的選擇透過性，提高可見光透射率及紅外光反射率，本課題組對現有的直流磁控濺射設備進行了改造，稱之為能量過濾磁控濺射裝置(EFDMS，已申請國家發明專利)，具體方法是在襯底前加一金屬網柵，且網柵孔的大小可選擇，這樣可以細化晶粒，制備的薄膜表面更平整，且薄膜的結晶性更好。襯底溫度是影響薄膜性能、化學組成的一個重要物理量，且易于控制，本文通過改變襯底溫度制備了系列TiN 薄膜，利用XRD 進行了物相鑒定，利用分光光度計、橢圓偏振光譜儀和四探針電阻儀等測試了所制備的TiN 薄膜的光學性能。

1、實驗

1.1、襯底表面預處理

　　本文使用厚度為1 mm~1.2 mm 的載玻片做襯底，薄膜沉積前首先使用洗潔精去除其表面的灰塵和油污，清水沖洗后放入去離子水中超聲清洗10 min，然后依次放入酒精和丙酮中超聲清洗10 min，最后用吹風機吹干，待用。

1.2、薄膜的制備及性能表征

　　能量過濾磁控濺射裝置結構如圖1 所示。靶到襯底的距離是60 mm。濺射氣體為氬氣和氮氣的混合氣體，純度均為99.99%。鈦靶尺寸：180 mm×80 mm×4 mm，純度為99.995%，本底真空度優于3×10^-3 Pa，濺射氣壓維持在0.5 Pa。鍍膜過程中，襯底隨支架勻速轉動，濺射功率維持在250W，通過改變襯底溫度(300℃~375℃)來控制沉積條件，具體工藝參數見表1。鍍膜前先進行預濺射，去掉靶上的氧化物等雜質。

　　使用Shimadzu UV-3150 型分光光度計測試薄膜的透射譜、反射譜和吸收譜，波長范圍：300 nm~2500 nm；使用四探針測試薄膜的電阻率；使用美國Woollam 公司生產的Vase 橢圓偏振光譜儀測試薄膜的折射率、消光系數以及厚度，測試參數如下：入射角70°，波長范圍240 nm~1100 nm，掃描步長10 nm。

圖1 能量過濾磁控濺射真空室結構圖

表1 TiN薄膜制備工藝

結論

　　以玻璃為襯底，改變襯底溫度，利用能量過濾磁控濺射裝置(EFDMS)制備了一系列氮化鈦薄膜。實驗結果表明，隨著溫度的升高，薄膜的透光率下降，而紅外反射率顯著增加，最高達到62.83%；薄膜禁帶寬度變寬，從3.53 eV 增加到3.61 eV；薄膜的折射率減小，消光系數增大；在300℃~375℃范圍內，溫度對薄膜厚度無明顯影響。