低价钒缓冲层辅助制备氧化钒薄膜及其性能研究

发布时间：2020-05-29 17:08

【摘要】：二氧化钒(VO_2)薄膜具有良好相变性能,在开关调制、可调谐滤波、传感器等领域的商业应用前景广阔。在低于相变温度或较低的温度下,VO_2薄膜呈绝缘或半导体相,阻值很高且光透过率高,但是随着温度升高超过相变温度后,VO_2薄膜会快速变成金属相,阻值呈数量级下降。目前氧化钒相变的研究以热致、电致、光致为主,通过这些诱导信号使其处于绝缘和金属的两种不同状态,实现调制开关的作用。作为调制开关类器件,VO_2薄膜应满足:较大的相变幅度,较低的相变温度,较小的回线宽度。为了达到这个要求,一般通过掺杂,缓冲层等手段,但是掺杂会破坏氧化钒结构,进而降低相变幅度,通过牺牲相变幅度来达到相应目的,而缓冲层意味着多一道复杂的工艺,如原子层沉积、脉冲激光法等。于是本论文主要围绕一体化制备缓冲层和氧化钒薄膜,通过低价钒缓冲层来优化氧化钒的相变性能为基点,开展了以下工作:(1)研究不同缓冲层对氧化钒薄膜的相变特性具有优化的作用,其中溅射时氩氧流量比为98:0.5缓冲层的成分中有最多含量的V~(3+),达到84.6%,对氧化钒薄膜的相变增益最大,其相变幅度为819,相变温度为58.2℃,回线宽度为10.3℃。(2)随着缓冲层厚度的增加,薄膜的相变幅度在降低,而回线宽度也在减小,只是随着缓冲层厚度的增加回线宽度变窄的幅度在减小。当缓冲层厚度20nm时,回线宽度只有5.4℃,相变幅度为423,相变温度为53.2℃。(3)在没有缓冲层的情况下,在350℃的退火温度下制备出来的30nm厚的氧化钒薄膜不具有相变特性,而相同条件下,有缓冲层辅助制备的氧化钒薄膜具有相变特性。此外,还研究了在350℃退火温度下,不同氧含量对氧化钒薄膜性能的影响,发现相变性能先增大后减小,在溅射时氩氧流量比为98:4时获得了最优的氧化钒薄膜,相变幅度为491,回线宽度为6.8℃以及相变温度为53.5℃。(4)在光学调制应用的研究中,发现缓冲层的氧化钒薄膜光学调制能力比没有缓冲层的氧化钒薄膜高,且回线宽度更窄,相变温度更低。其中溅射缓冲层时氩氧流量比为98:0.4,溅射氧化钒时氩氧流量比98:1,在400℃退火的复合薄膜光学性能最好调制幅度76.2%,相变温度56.23℃,回线宽度8.17℃。
【图文】：

电子科技大学硕士学位论文为 R 相，但是此转变结果是不可逆的。M 相是单斜金红石结构，R 相是四方金红石结构且是四种二氧化钒晶型中最稳定的一个。M 相和 R 相二氧化钒之间可以随着温度的升高或者降低发生相互转化，这种转化具有可逆性。低温下的单斜金红石结构随着温度升高到相变温度点，会引起钒原子位置改变[20]，这种转变降低结构对称性。R 相和 M 相二氧化钒的晶格结构差异如图 1-1 所示[21]。

的改变对氧化钒薄膜相变性能的影响。射法的优点是：成膜的速率比较快，薄膜表面形貌好，均匀复性好。射法的缺点有：磁控溅射制得薄膜的组分难以控制，很难只存在，，在制备过程中只能通过不断优化工艺条件，才能使 。之，制备 VOX薄膜的方法有很多，随着学者们对氧化钒的进步，还会有更多的制备氧化钒薄膜的方法。当然每一种方不同的制备方法适用于不同性能要求的氧化钒薄膜。但是，们研究的目的是获得具有优异性能的 VOX薄膜。采用溅射力强、结构致密、重复性强、相变性能突出等优点。因此，。溅射法制备氧化钒薄膜
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TQ135.11

【参考文献】

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本文编号：2687232