【摘要】：二氧化釩(VO_2)是一種相變材料,當(dāng)溫度達(dá)到相變點(diǎn)時(shí),VO_2發(fā)生由低溫半導(dǎo)體態(tài)到高溫金屬態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變,這種變化在數(shù)十個(gè)納秒之間,同時(shí)伴隨著電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的突變,如在相變過(guò)程中其方塊電阻(率)和紅外-近紅外光學(xué)透過(guò)反射率的重要改變。基于這一系列優(yōu)異的光電特性,使得其材料具有較高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景,因此近年來(lái)備受廣大學(xué)者的關(guān)注與研究。釩(V)作為3d過(guò)渡區(qū)的金屬元素,具有多價(jià)性質(zhì),除了不同價(jià)態(tài)的釩氧化合物以外,同價(jià)態(tài)的二氧化釩之間存在著多種不同的晶相,因此制備純相高品質(zhì)的二氧化釩薄膜仍是此領(lǐng)域的難題。本文以釩系氧化物為研究對(duì)象,在硅基底和石英襯底上制備了一系列高品質(zhì)的VO_2、VO_2(B)和V_2O_3薄膜,意在通過(guò)制備工藝提高薄膜的結(jié)晶度與純度,以提升VO_2薄膜的光電性能。借助場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射儀(XRD)對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)和品相結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,通過(guò)四探針電阻測(cè)試儀和可見(jiàn)-近紅外-紅外分光光度計(jì)測(cè)試了樣品的變溫方阻和透過(guò)率。重點(diǎn)研究了氧化釩薄膜在微測(cè)輻射熱計(jì)和熱致變色智能窗方面的應(yīng)用,系統(tǒng)地討論了不同制備工藝對(duì)氧化釩薄膜的電學(xué)方塊電阻隨溫度的變化和光學(xué)透過(guò)率等性質(zhì)的影響。論文主要包括以下幾個(gè)方面:1)分析了VO_2薄膜的相變特性與價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu),介紹了沉積VO_2薄膜的工藝流程,采用射頻磁控濺射法,經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),我們最終獲得了多組在硅和石英襯底上沉積VO_2薄膜的工藝參數(shù),且每組參數(shù)制備的樣品結(jié)晶性良好、可重復(fù)性高。此外,在不同襯底上表現(xiàn)出有差異的結(jié)晶狀況,同一工藝參數(shù)下,在單晶硅上制備的薄膜樣品的衍射峰總是比石英襯底上的更強(qiáng),結(jié)晶度比石英襯底上制備的薄膜更好。2)根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際需求和與傳感器技術(shù)的兼容性等問(wèn)題,我們以350℃的沉積溫度在單拋(100)硅襯底上通過(guò)改變氧氣流量制備了一系列VO_2薄膜,對(duì)其結(jié)晶狀況、方塊電阻隨溫度變化情況進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。晶面衍射峰的移動(dòng)說(shuō)明氧氣流量的增加引起了薄膜內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的改變,氧氣流量的增加導(dǎo)致薄膜晶粒尺寸呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),獲得的樣品具有優(yōu)異的電學(xué)性能,可作為熱敏材料使用。3)通過(guò)射頻磁控濺射法直接一步在石英襯底上濺射VO_2薄膜,無(wú)需后退火程序,簡(jiǎn)化了復(fù)雜的制備工藝,研究了氧氣流量對(duì)薄膜的物相結(jié)構(gòu)、表面形貌和光電特性的影響,重點(diǎn)分析了樣品的透過(guò)率隨溫度的變化。觀察到濺射期間氧氣流量對(duì)沉積薄膜的晶相形成具有顯著影響,進(jìn)而使薄膜的熱致變色性能受到影響。我們?cè)谑⒁r底上生長(zhǎng)的高質(zhì)量純相VO_2薄膜對(duì)智能窗的應(yīng)用具有很大潛力。4)對(duì)亞穩(wěn)態(tài)VO_2(B)、V_2O_3等薄膜材料的制備進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,通過(guò)物相結(jié)構(gòu)、表面形貌、高低溫四探針電阻測(cè)試等手段對(duì)樣品的進(jìn)行了表征。常溫下亞穩(wěn)態(tài)VO_2(B)薄膜沒(méi)有發(fā)生半導(dǎo)體-金屬的相變現(xiàn)象和熱滯后效應(yīng),可以應(yīng)用于非制冷紅外探測(cè)器。通過(guò)沉積獲得了沿多種晶相生長(zhǎng)的V_2O_3薄膜,可以作為晶種層生長(zhǎng)VO_2薄膜以提高后者的結(jié)晶度和熱致變色性能。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O614.511;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李華高,楊子文,劉爽;非制冷紅外探測(cè)器用VO_x薄膜的制備[J];半導(dǎo)體光電;2001年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馬旭;二氧化釩薄膜的磁控濺射生長(zhǎng)及其性質(zhì)研究[D];河南大學(xué);2017年

2 董杰;基于VO_2薄膜的THz波調(diào)制器件研究[D];天津大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2738114