隨著微電子技術(shù)和武器裝備水平的高速發(fā)展,對(duì)溫度作用下半導(dǎo)體材料的服役性能提出了更高的要求,為此開(kāi)展典型半導(dǎo)體材料光電性能的溫度依賴特性研究具有重要意義。SiC和VO2半導(dǎo)體材料具有特殊的溫度依賴特性,在高溫吸波和智能激光防護(hù)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。本論文以SiC和VO2為研究對(duì)象,研究了不同類型元素?fù)诫s對(duì)SiC結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和光電性能的影響規(guī)律,構(gòu)建了SiC的摻雜-結(jié)構(gòu)-溫度-性能之間的關(guān)系。探索了相組成、薄膜取向、微觀結(jié)構(gòu)等因素對(duì)VO2薄膜相變性能和高溫穩(wěn)定性的影響機(jī)理,建立了Al2O3/TiO2/VO2多層復(fù)合薄膜的相變性能調(diào)控方法。(一)非磁性元素?fù)诫s碳化硅的電子結(jié)構(gòu)、高溫介電和吸波性能研究采用第一性原理計(jì)算研究了非磁性元素(Al、N)摻雜對(duì)3C-SiC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和光電導(dǎo)的影響。發(fā)現(xiàn)Al/N共摻雜SiC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要優(yōu)于Al單摻雜。共摻雜SiC在近紅外至紫外區(qū)域的光電導(dǎo)值明顯高于純SiC,且本征吸收帶邊紅移幅度大于Al摻雜。深入分析了Al、N和Al/N共摻雜SiC的電子躍遷和補(bǔ)償機(jī)制,揭示了摻雜對(duì)SiC帶隙裁剪和光電導(dǎo)調(diào)控的作用本質(zhì)。采用機(jī)械活化輔助燃燒合成法成功制備出Al、Al/N和N摻雜3C-SiC粉末。發(fā)現(xiàn)非磁性元素?fù)诫s可以增加SiC的載流子和空位等缺陷數(shù)量,從而提高了SiC的介電常數(shù)虛部?'和介電損耗tanδ。在X波段,Al和Al/N摻雜SiC的?'隨著溫度升高表現(xiàn)出的增加幅度大于N摻雜,表明電導(dǎo)損耗的貢獻(xiàn)較大;而N摻雜SiC的?'出現(xiàn)兩個(gè)明顯的弛豫峰,以弛豫損耗為主。N摻雜體系的兩個(gè)弛豫峰是由N摻雜引起的缺陷以及空位缺陷引起的偶極子極化弛豫所致。相比于純SiC,Al、Al/N和N摻雜SiC在623K時(shí)的最大反射損耗由15.59dB提高為18.46、28.96和21.24dB,有效帶寬從1.57GHz拓寬至2.31、2.76和2.74GHz。說(shuō)明非磁性摻雜有效改善了SiC的高溫吸波性能。(二)過(guò)渡金屬摻雜碳化硅的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能及高溫介電性能研究采用DFT+U的修正方法探索了Ni摻雜SiC的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)Ni取代Si原子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)于取代C原子。Ni摻雜在SiC的能帶結(jié)構(gòu)帶隙中引入未填滿態(tài)雜質(zhì)能級(jí)。隨著Ni摻雜濃度的增加,雜質(zhì)能級(jí)數(shù)量增加,進(jìn)一步提高了SiC的電導(dǎo)率。Ni摻雜SiC的介電常數(shù)、吸收譜和光電導(dǎo)在低頻均出現(xiàn)3個(gè)新峰,吸收帶邊紅移至遠(yuǎn)紅外區(qū)域,這是由電子在價(jià)帶、雜質(zhì)能級(jí)和導(dǎo)帶之間的躍遷所致。采用機(jī)械活化輔助燃燒合成法成功制備出Fe、Co和Ni摻雜3C-SiC粉末。Fe、Co和Ni摻雜均可以提高SiC的介電性能,提高幅度依次為Fe摻雜Co摻雜Ni摻雜。在X波段,隨著溫度從293K升高至623K,Fe、Co和Ni摻雜SiC的介電常數(shù)出現(xiàn)增加趨勢(shì)。Co和Ni摻雜體系的介電常數(shù)虛部?'出現(xiàn)兩個(gè)弛豫峰,Fe摻雜體系的介電常數(shù)虛部?'僅出現(xiàn)一個(gè)弛豫峰。通過(guò)研究Fe、Co和Ni摻雜及碳空位(Vc)對(duì)SiC能帶結(jié)構(gòu)和差分電荷密度圖的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)摻雜和空位同時(shí)作用時(shí),SiC帶隙中出現(xiàn)更多的雜質(zhì)能級(jí),彼此增加了對(duì)方吸引電子的數(shù)目,破壞了體系的電荷平衡,形成偶極子,偶極子的極化弛豫形成了介電常數(shù)虛部的弛豫峰。(三)不同晶向藍(lán)寶石基底上VO2薄膜的制備及高溫穩(wěn)定性研究系統(tǒng)研究了磁控濺射、后續(xù)熱處理工藝以及不同晶向Al2O3襯底對(duì)VO2薄膜成分、微觀形貌和相變特性的影響,優(yōu)化出薄膜的最佳制備工藝參數(shù)。分別在m-、a-和r-Al2O3襯底上誘導(dǎo)出具有3種(402)、(002)和(011)不同擇優(yōu)取向的VO2薄膜,薄膜相變前后電阻躍遷幅度均達(dá)到4個(gè)數(shù)量級(jí)以上。由于VO2和不同基底之間的晶格錯(cuò)配度不同,導(dǎo)致VO2薄膜微觀形貌各異,其中,m-Al2O3/VO2主要以條狀和等軸晶粒為主,a-Al2O3/VO2主要由大尺寸等軸晶粒組成,r-Al2O3/VO2則是由細(xì)小等軸晶粒組成。在高溫氧化環(huán)境中,開(kāi)展了不同微觀形貌VO2薄膜的組織和光電調(diào)制性能的演變規(guī)律研究,揭示了擇優(yōu)取向、晶粒形狀、晶粒尺寸和缺陷對(duì)VO2薄膜抗氧化性的影響機(jī)制,發(fā)現(xiàn)m-Al2O3/VO2具有良好的電學(xué)穩(wěn)定性,a-Al2O3/VO2具有最穩(wěn)定的紅外調(diào)制率。(四)Al2O3/TiO2/VO2復(fù)合薄膜的相變性能調(diào)控及激光防護(hù)性能研究采用磁控濺射方法在m-Al2O3基底上原位制備了金紅石相TiO2緩沖層。研究了原位和經(jīng)熱處理的TiO2緩沖層對(duì)VO2薄膜的取向、形貌和相變性能的影響,發(fā)現(xiàn)原位TiO2誘導(dǎo)的VO2薄膜具有(402)擇優(yōu)取向,相變點(diǎn)為59℃,相變前后電阻率躍遷幅度達(dá)4.7個(gè)數(shù)量級(jí),熱滯回線寬度為2℃。獲得了TiO2緩沖層厚度和VO2薄膜厚度對(duì)VO2的成分、形貌和相變性能的影響規(guī)律。隨著緩沖層厚度的增加,VO2薄膜的相變點(diǎn)依次升高(40℃、62℃和66℃)。隨著VO2薄膜厚度的增加,薄膜的晶粒尺寸增加,相變點(diǎn)從40℃升高至60℃,表明當(dāng)VO2厚度超過(guò)臨界厚度時(shí),外延應(yīng)力得到部分釋放,TiO2的誘導(dǎo)作用減弱。開(kāi)展了VO2薄膜和TiO2/VO2復(fù)合薄膜的1064nm準(zhǔn)分子納秒脈沖激光防護(hù)行為研究,并探討了損傷機(jī)理,兩種薄膜激光損傷閾值分別為19.9mJ/cm2和44.8mJ/cm2。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN304

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 易亞杰;汪紅梅;黃越華;朱怡霖;;表面包覆CaF_2的尖晶石LiMn_2O_4性能[J];電源技術(shù);2013年11期

2 王海權(quán);胡志強(qiáng);于洋;楊坤;劉華;;尖晶石型錳酸鋰的復(fù)合摻雜改性[J];大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

3 黃震雷;武斌;王永慶;韓坤明;成富圈;張衛(wèi)東;陳繼濤;周恒輝;高原;;鋰離子電池正極材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)展[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2015年06期

4 OUYANG ChuYing;CHEN LiQuan;;Physics towards next generation Li secondary batteries materials:A short review from computational materials design perspective[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2013年12期

5 Haitao Fu;Xiaohong Yang;Aibing Yu;Xuchuan Jiang;;Rapid synthesis and growth of silver nanowires induced by vanadium trioxide particles[J];Particuology;2013年04期

6 LIU XiangBo;LU HuiBin;HE Meng;JIN KuiJuan;YANG GuoZhen;;Room-temperature epitaxial growth of V_2O_3 films[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2014年10期

7 董莉莉;童希立;王英勇;靳國(guó)強(qiáng);郭向云;;硼摻雜碳化硅負(fù)載Pt催化劑的甲醇電催化氧化性能[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2014年07期

8 董國(guó)君;張玉鳳;趙元;白洋;;前驅(qū)體溶液pH值對(duì)V_2O_5-WO_3/TiO_2催化劑的低溫NH_3-SCR性能的影響(英文)[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2014年12期

9 李宏哲;盛傳祥;厲申博;顧國(guó)華;任侃;陳錢;何偉基;袁國(guó)亮;;納秒激光作用下二氧化釩薄膜相變特性[J];強(qiáng)激光與粒子束;2015年05期

10 周萬(wàn)城;王婕;羅發(fā);朱冬梅;黃智斌;卿玉長(zhǎng);;高溫吸波材料研究面臨的問(wèn)題[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2013年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 吳奎辰;肖伶俐;徐中領(lǐng);胡素娟;高青雨;施南峰;吳清國(guó);;雙摻雜金屬離子改性尖晶石錳酸鋰性能的研究[A];第30屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 尚懷芳;鋰離子電池正極材料LiFePO_4和LiMn_2O_4的表面結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

2 孫毅;鈷釩基鋰離子電池納米電極材料的制備及性能表征[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 江劍兵;高溫長(zhǎng)壽命錳酸鋰正極材料的合成及其改性研究[D];中南大學(xué);2014年

4 龍思思;石煤中釩硅資源綜合利用的理論與新技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2013年

5 郭瑋;分級(jí)結(jié)構(gòu)納米材料液相制備及性能研究[D];南開(kāi)大學(xué);2014年

6 宋文臣;熔融態(tài)釩渣直接氧化提釩新工藝的基礎(chǔ)研究[D];北京科技大學(xué);2015年

7 李權(quán);PDCs-SiC(N)陶瓷及其復(fù)合材料的電磁吸波特性及優(yōu)化[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

8 紀(jì)仁龍;幾種鐵性材料的制備、表征及性能研究[D];北京理工大學(xué);2015年

9 侯紀(jì)偉;氧化釩納米材料的制備及光電性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

10 左茜;鈦鋯系有色化學(xué)鈍化膜快速成膜及其腐蝕機(jī)制的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 程孝虎;水熱法制備二氧化釩納米結(jié)構(gòu)及形貌控制研究[D];安徽大學(xué);2013年

2 易亞杰;尖晶石錳酸鋰正極材料制備及其改性研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2013年

3 劉肖麗;尖晶石型LiMn_2O_4及Al、Ti置換晶體結(jié)構(gòu)和Li~+/H~+交換離子篩性質(zhì)計(jì)算研究[D];湘潭大學(xué);2012年

4 梁建冬;摻雜氧化釩的制備及表征方法的研究[D];電子科技大學(xué);2013年

5 成小強(qiáng);基于結(jié)構(gòu)缺陷研究TiN納米復(fù)合材料的電磁性能和吸波性能[D];河南大學(xué);2013年

6 程欣;ZnCuVO與ZnCuCeO稀磁半導(dǎo)體的制備和性能研究[D];吉林師范大學(xué);2013年

7 黃森;鋰離子電池正極材料LiV_3O_8的制備及電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2014年

8 夏丙波;鋰離子電池正極材料的合成及其性能表征[D];蘇州大學(xué);2014年

9 李美麗;新型碳納米材料的設(shè)計(jì)、制備及電化學(xué)性能的研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2014年

10 易娟;微納結(jié)構(gòu)LiMn_2O_4的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];中南大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2813644