本文關鍵詞：二氧化釩薄膜晶體結(jié)構(gòu)的同步輻射研究　出處：《中國科學技術(shù)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：VO2材料因為優(yōu)越的電學、光學突變性質(zhì),成為人們關注和研究的熱點。當溫度從低溫升值68℃時,VO2材料會發(fā)生金屬絕緣體轉(zhuǎn)變MIT,電阻值突然下降的量級可以達到105,光學透過率、吸收率等性質(zhì)也有較大程度的突變。通常,VO2還存在一個伴隨著MIT的單斜相(M1相)到四方金紅石相(R相)的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變SPT,但是這個晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是否為VO2材料發(fā)生MIT的必要條件至今還沒有明確定論。VO2材料的應用十分廣泛,尤其是VO2薄膜,可應用于智能窗戶、存儲器、光電開關器件,紅外探測器等許多方面。最近,隨著對VO2外延膜的界面應力研究的日益深入,人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控VO2外延膜的界面應力可以有效地改變VO2外延膜的性質(zhì),包括相變溫度、突變量級等。然而,調(diào)控VO2外延膜的界面應力對伴隨MIT的晶體結(jié)構(gòu)演化過程的作用和影響還不是很清晰,這使得充分理解和應用VO2的界面調(diào)控機制變得十分困難。在本論文中,我們在TiO2(001)單晶襯底上制備了VO2外延厚膜,并且系統(tǒng)地研究了VO2外延膜樣品從室溫到100℃范圍內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)類型問題和晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變問題。本論文分為四個部分：第一章是相關背景知識的介紹；第二章主要敘述了樣品制備和樣品表征的原理、設備及參數(shù)選擇；第三章介紹了表征實驗操作過程,并系統(tǒng)地分析了實驗數(shù)據(jù),說明了實驗結(jié)果和結(jié)論；第四章對本論文的內(nèi)容進行簡要總結(jié),并提出一些展望。第一章介紹了VO2的相關背景知識、應用領域以及VO2薄膜的結(jié)構(gòu)物性和研究進展。首先介紹了幾種釩的氧化物的性質(zhì)和用途以及最受關注的VO2材料的光、電突變性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)相變性質(zhì),然后是VO2材料MIT的機理解釋以及主要應用前景,最后介紹了幾種VO2薄膜的制備方法以及VO2薄膜的結(jié)構(gòu)物性和外延應力的調(diào)控。第二章介紹了利用磁控濺射制備VO2/TiO2(001)外延膜樣品的原理、設備以及實驗室制備過程中對影響薄膜質(zhì)量的幾個參數(shù)的選擇。另外,本章還介紹了表征VO2外延厚膜樣品隨溫度變化的電學性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)特征的方法、原理、設備和實驗操作等,用到的表征方法包括溫度--電阻測量,X射線衍射θ-2θ線掃以及X射線衍射倒易空間Mapping (RSM)技術(shù)。第三章是對VO2/TiO2(001)外延厚膜的表征實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果的分析和結(jié)論。通過分析變溫X射線衍射θ-2θ掃描圖和電阻—溫度曲線,我們發(fā)現(xiàn)在VO2/TiO2外延厚膜中存在著一個伴隨MIT的晶體結(jié)構(gòu)相變過程,并且在這一過程中始終保持兩相共存,相互擠壓競爭的狀態(tài)。另外,室溫下的RSM實驗數(shù)據(jù)表明,VO2/TiO2外延厚膜低溫相是類四方相而不是以往所認為的單斜相或是被拉伸的四方金紅石相,說明在VO2/TiO2外延厚膜中伴隨MIT的是一個類四方相到四方金紅石相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程。這一發(fā)現(xiàn)暗示了單斜相到四方金紅石相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變并不是VO2發(fā)生MIT的必要條件。此外,我們還分析了有關類四方相和四方金紅石相在相互轉(zhuǎn)變過程中的共存演化機制等細節(jié)問題。這些發(fā)現(xiàn)不僅從結(jié)構(gòu)的角度為解釋VO2的MIT機理提供了線索,同時也為未來利用界面應力調(diào)控技術(shù)研制以VO2材料為基礎的相關器件提供了更多支持。第四章概括了本論文的樣品制備以及表征實驗,總結(jié)了有關VO2/TiO2(001)外延厚膜的類四方相到四方金紅石相轉(zhuǎn)變的發(fā)現(xiàn),并對類四方相的細節(jié)問題的研究工作提出了一些展望。
[Abstract]:In chapter 1 , we introduce the properties and applications of VO 2 epitaxial film and the change of structure and structure of VO 2 thin film . In chapter 1 , we introduce the properties and applications of VO 2 epitaxial film and the change of crystal structure . In addition , RSM experimental data at room temperature show that the low temperature phase of VO 2 / TiO 2 epitaxial thick film is a tetragonal phase rather than a monoclinic phase or a stretched tetragonal rutile phase . The discovery suggests that the structure transformation of monoclinic phase to tetragonal rutile phase is not a necessary condition for the occurrence of MIT .

【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ135.11;TB383.2

【共引文獻】

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本文編號：1412791