稀土元素Gd、Y掺杂对氧化饥薄膜结构与性能的影响

发布时间：2017-10-09 13:23

  本文关键词：稀土元素Gd、Y掺杂对氧化饥薄膜结构与性能的影响

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【摘要】：氧化钒作为一种具有典型半导体-金属相变特性的半导体材料,一直以来都备受关注。二氧化钒的相变温度约68℃,最接近室温,相变过程中伴随着光电性能的突变,使其在智能窗、光电开关、光学存储等领域具有广阔的应用前景。针对不同的应用,对二氧化钒薄膜相变特性要求有所不同,因此,二氧化钒薄膜相变性能的调控已成为该领域研究的热点。本文利用磁控溅射的方法制备掺杂稀土元素的氧化钒薄膜,并借助四探针测试仪、X射线衍射(XRD)、Raman谱分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子能谱(XPS)等分析表征手段,系统地研究了稀土元素掺杂、基片温度对氧化钒薄膜相变特性及成分、形貌、结构等的影响。所取得的主要结果如下:(1)研究了稀土元素钆(Gd)掺杂对二氧化钒薄膜相变特性及微结构的影响。实验结果表明:掺Gd降低了薄膜的相变温度和滞回宽度,相变温度从VGd-0的65.4℃降低为VGd-9的54.5℃,而滞回宽度则从13.1℃降低为6.3℃,减弱了薄膜的相变特性。当掺Gd量达到4.1at%,薄膜表现出金属特性,相变特性完全消失。掺Gd对薄膜的晶粒尺度具有抑制作用,晶粒尺度随着掺Gd量的增加而不断减小。Gd元素在薄膜中以Gd3+的形式存在,掺Gd不会改变薄膜的晶体结构,薄膜仍由单斜相的多晶VO2构成,即使当掺Gd量达到4.1at%,薄膜呈现金属特性,薄膜中也没有出现四方相VO2,这使得薄膜出现了一种具有单斜相结构的金属化效果。(2)在掺Gd氧化钒薄膜相变特性研究的基础上,进一步研究了基片温度对掺Gd氧化钒薄膜相变特性及微结构的影响。基片温度对掺Gd氧化钒薄膜的微结构与相变特性有显著的影响,基片温度升高没有改变掺Gd氧化钒薄膜的晶体结构,薄膜仍是单斜相多晶VO2。但基片温度的升高显著增强了Gd元素对薄膜相变特性和晶粒尺度的抑制作用。(3)研究了基片温度对掺Y氧化钒薄膜的相变特性及微结构的影响。掺Y氧化钒薄膜对基片温度表现出很强的依赖性,当基片温度较低为50℃时,薄膜中检测到两种不同单斜相VO2(P21/c和C2/m)的晶体结构,薄膜几乎不存在相变特性。基片温度为100℃时,薄膜由单斜相多晶VO2(P21/c)构成,相变特性明显,具有较窄滞回宽度为4.2℃。基片温度升高到150℃时,薄膜相变特性消失。同时,Y元素对薄膜晶粒尺寸的抑制效果也具有明显的基片温度依赖性:基片温度越高,晶粒尺寸越小,薄膜表面粗糙度越小,薄膜质量越好。
【关键词】：氧化钒薄膜 掺杂 稀土元素 相变特性 基片温度
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 几种不同钒氧化物的晶体结构和特性11-17
• 1.2.1 二氧化钒的晶体结构和特性11-15
• 1.2.2 三氧化二钒的晶体结构和特性15-16
• 1.2.3 五氧化二钒的晶体结构和特性16-17
• 1.3 氧化钒的典型应用17-20
• 1.3.1 智能窗17-18
• 1.3.2 光学开光与存储18
• 1.3.3 激光防护18-20
• 1.3.4 非制冷红外探测器20
• 1.4 氧化钒薄膜性能调控方法20-22
• 1.4.1 概述20
• 1.4.2 掺杂对二氧化钒结构性能的影响20-21
• 1.4.3 基片温度对二氧化钒结构性能的影响21
• 1.4.4 热处理对二氧化钒结构性能的影响21-22
• 1.5 选题意义与研究内容22-24
• 1.5.1 选题意义22
• 1.5.2 主要研究内容22
• 1.5.3 论文结构22-24
• 第二章 掺Gd氧化钒薄膜相变性能及微结构分析24-41
• 2.1 薄膜制备24-29
• 2.1.1 磁控溅射原理24-25
• 2.1.2 复合靶材25-26
• 2.1.3 薄膜制备工艺26-29
• 2.2 掺Gd对氧化钒薄膜相变特性的影响29-32
• 2.3 氧化钒薄膜的XRD分析32-34
• 2.4 氧化钒薄膜的Raman分析34-36
• 2.5 氧化钒薄膜的SEM分析36-38
• 2.6 氧化钒薄膜的XPS分析38-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 基片温度对掺Gd氧化钒薄膜相变性能及微结构的影响41-49
• 3.1 薄膜制备41
• 3.2 基片温度对掺Gd氧化钒薄膜电阻温度特性的影响41-44
• 3.2.1 基片温度对薄膜相变特性的影响41-43
• 3.2.2 基片温度对薄膜TCR的影响43-44
• 3.3 掺Gd氧化钒薄膜的XRD分析44-46
• 3.4 掺Gd氧化钒薄膜的Raman分析46-47
• 3.5 掺Gd氧化钒薄膜的SEM分析47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 基片温度对掺Y氧化钒薄膜相变性能及微结构的影响49-59
• 4.1 掺Y氧化钒薄膜的制备49-50
• 4.2 基片温度对掺Y氧化钒薄膜电学性能的影响50-53
• 4.2.1 基片温度对薄膜相变特性的影响50-52
• 4.2.2 基片温度对薄膜TCR的影响52-53
• 4.3 掺Y氧化钒薄膜的XRD分析53-54
• 4.4 掺Y氧化钒薄膜的Raman分析54-55
• 4.5 掺Y氧化钒薄膜的SEM分析55-56
• 4.6 掺Y氧化钒薄膜的AFM分析56-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第五章 结论和展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-68
• 攻读硕士学位期间研究成果68-69

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