【摘要】：二氧化釩(VO_2)是一種相變材料,當溫度達到相變點時,VO_2發(fā)生由低溫半導體態(tài)到高溫金屬態(tài)的可逆轉變,這種變化在數(shù)十個納秒之間,同時伴隨著電學和光學性質的突變,如在相變過程中其方塊電阻(率)和紅外-近紅外光學透過反射率的重要改變�；谶@一系列優(yōu)異的光電特性,使得其材料具有較高的實用價值和廣闊的應用前景,因此近年來備受廣大學者的關注與研究。釩(V)作為3d過渡區(qū)的金屬元素,具有多價性質,除了不同價態(tài)的釩氧化合物以外,同價態(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的二氧化釩薄膜仍是此領域的難題。本文以釩系氧化物為研究對象,在硅基底和石英襯底上制備了一系列高品質的VO_2、VO_2(B)和V_2O_3薄膜,意在通過制備工藝提高薄膜的結晶度與純度,以提升VO_2薄膜的光電性能。借助場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射儀(XRD)對樣品的微觀結構和品相結構進行表征,通過四探針電阻測試儀和可見-近紅外-紅外分光光度計測試了樣品的變溫方阻和透過率。重點研究了氧化釩薄膜在微測輻射熱計和熱致變色智能窗方面的應用,系統(tǒng)地討論了不同制備工藝對氧化釩薄膜的電學方塊電阻隨溫度的變化和光學透過率等性質的影響。論文主要包括以下幾個方面:1)分析了VO_2薄膜的相變特性與價態(tài)結構,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)過反復試驗,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)制備的樣品結晶性良好、可重復性高。此外,在不同襯底上表現(xiàn)出有差異的結晶狀況,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,結晶度比石英襯底上制備的薄膜更好。2)根據(jù)應用的實際需求和與傳感器技術的兼容性等問題,我們以350℃的沉積溫度在單拋(100)硅襯底上通過改變氧氣流量制備了一系列VO_2薄膜,對其結晶狀況、方塊電阻隨溫度變化情況進行了系統(tǒng)的分析。晶面衍射峰的移動說明氧氣流量的增加引起了薄膜內(nèi)部晶格結構的改變,氧氣流量的增加導致薄膜晶粒尺寸呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢,獲得的樣品具有優(yōu)異的電學性能,可作為熱敏材料使用。3)通過射頻磁控濺射法直接一步在石英襯底上濺射VO_2薄膜,無需后退火程序,簡化了復雜的制備工藝,研究了氧氣流量對薄膜的物相結構、表面形貌和光電特性的影響,重點分析了樣品的透過率隨溫度的變化。觀察到濺射期間氧氣流量對沉積薄膜的晶相形成具有顯著影響,進而使薄膜的熱致變色性能受到影響。我們在石英襯底上生長的高質量純相VO_2薄膜對智能窗的應用具有很大潛力。4)對亞穩(wěn)態(tài)VO_2(B)、V_2O_3等薄膜材料的制備進行了詳細的介紹,通過物相結構、表面形貌、高低溫四探針電阻測試等手段對樣品的進行了表征。常溫下亞穩(wěn)態(tài)VO_2(B)薄膜沒有發(fā)生半導體-金屬的相變現(xiàn)象和熱滯后效應,可以應用于非制冷紅外探測器。通過沉積獲得了沿多種晶相生長的V_2O_3薄膜,可以作為晶種層生長VO_2薄膜以提高后者的結晶度和熱致變色性能。
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O614.511;TB383.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

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

相關碩士學位論文 前2條

1 馬旭;二氧化釩薄膜的磁控濺射生長及其性質研究[D];河南大學;2017年

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

本文編號：2738114