具有热致和光致相变的VO_x薄膜的制备及其特性研究

发布时间：2018-09-11 06:05

【摘要】：钒氧化物的相变特性于半个世纪前被贝尔实验室的研究人员所发现。在这些钒氧化物中，二氧化钒(VO2)在68℃附近会发生可逆的一级金属-绝缘相变，其电学、光学、磁学等特性发生极大变化。因此其被广泛研究应用于太赫兹器件、光电开关、相变存储器、智能窗、微热辐射热计等领域中。 二氧化钒薄膜材料由于制备方法不同，其相变性能诸如相变温度、幅度、热致宽度、THz透射比会有很大的变化。加之制备纯度高的VO2薄膜较为困难，一般都会形成混有V3+、V5+等钒氧化物的氧化钒(VOx)薄膜。为了使VOx薄膜具有更好的性能，通常会设法提高薄膜中VO2的含量以及改善薄膜的结晶状态。 本文利用磁控溅射附加快速热处理方法(RTP)在R面蓝宝石基底上制备VOx薄膜，并利用四探针设备和太赫兹时域频谱系统(THz-TDS)研究了所制备薄膜相变过程中的电学和太赫兹波段的光学特性。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的结晶结构、组成成分和表面形貌进行分析。 实验结果表明，厚度为70nm的金属钒薄膜在纯氧气氛中进行热处理后，随着热处理温度的提高或热处理时间的增加，VOx薄膜的价态升高，常温下薄膜方块电阻和THz透过率变大，同时薄膜表面颗粒发生团聚而不断增大，表面粗糙度增加。其中在纯氧气环境下以450℃/60s退火后形成的VOx薄膜相变性能最佳，薄膜方块电阻相变后降低2.2个数量级，THz透射幅值在热激励和光激励下分别降低18%和14%。进行氮气450℃/40s热处理改性后，，薄膜的结晶性提高，化学组分更加接近VO2，薄膜变得更加平整。薄膜方块电阻相变前后变化接近3个数量级，热致宽度仅有2℃，THz透射幅值在热激励和光激励下分别降低64%和60%。
[Abstract]:The phase transition properties of vanadium oxides were discovered by Bell Labs researchers half a century ago. Among these vanadium oxides, vanadium oxide (VO2) has reversible first order metal-insulating phase transition at 68 鈩

本文编号：2235807