二氧化钒薄膜晶体结构的同步辐射研究

发布时间：2018-01-12 05:06

本文关键词：二氧化钒薄膜晶体结构的同步辐射研究　出处：《中国科学技术大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：VO2材料因为优越的电学、光学突变性质,成为人们关注和研究的热点。当温度从低温升值68℃时,VO2材料会发生金属绝缘体转变MIT,电阻值突然下降的量级可以达到105,光学透过率、吸收率等性质也有较大程度的突变。通常,VO2还存在一个伴随着MIT的单斜相(M1相)到四方金红石相(R相)的晶体结构转变SPT,但是这个晶体结构转变是否为VO2材料发生MIT的必要条件至今还没有明确定论。VO2材料的应用十分广泛,尤其是VO2薄膜,可应用于智能窗户、存储器、光电开关器件,红外探测器等许多方面。最近,随着对VO2外延膜的界面应力研究的日益深入,人们发现通过调控VO2外延膜的界面应力可以有效地改变VO2外延膜的性质,包括相变温度、突变量级等。然而,调控VO2外延膜的界面应力对伴随MIT的晶体结构演化过程的作用和影响还不是很清晰,这使得充分理解和应用VO2的界面调控机制变得十分困难。在本论文中,我们在TiO2(001)单晶衬底上制备了VO2外延厚膜,并且系统地研究了VO2外延膜样品从室温到100℃范围内的晶体结构类型问题和晶体结构转变问题。本论文分为四个部分：第一章是相关背景知识的介绍；第二章主要叙述了样品制备和样品表征的原理、设备及参数选择；第三章介绍了表征实验操作过程,并系统地分析了实验数据,说明了实验结果和结论；第四章对本论文的内容进行简要总结,并提出一些展望。第一章介绍了VO2的相关背景知识、应用领域以及VO2薄膜的结构物性和研究进展。首先介绍了几种钒的氧化物的性质和用途以及最受关注的VO2材料的光、电突变性质和晶体结构相变性质,然后是VO2材料MIT的机理解释以及主要应用前景,最后介绍了几种VO2薄膜的制备方法以及VO2薄膜的结构物性和外延应力的调控。第二章介绍了利用磁控溅射制备VO2/TiO2(001)外延膜样品的原理、设备以及实验室制备过程中对影响薄膜质量的几个参数的选择。另外,本章还介绍了表征VO2外延厚膜样品随温度变化的电学性质和晶体结构特征的方法、原理、设备和实验操作等,用到的表征方法包括温度--电阻测量,X射线衍射θ-2θ线扫以及X射线衍射倒易空间Mapping (RSM)技术。第三章是对VO2/TiO2(001)外延厚膜的表征实验的数据结果的分析和结论。通过分析变温X射线衍射θ-2θ扫描图和电阻—温度曲线,我们发现在VO2/TiO2外延厚膜中存在着一个伴随MIT的晶体结构相变过程,并且在这一过程中始终保持两相共存,相互挤压竞争的状态。另外,室温下的RSM实验数据表明,VO2/TiO2外延厚膜低温相是类四方相而不是以往所认为的单斜相或是被拉伸的四方金红石相,说明在VO2/TiO2外延厚膜中伴随MIT的是一个类四方相到四方金红石相的结构转变过程。这一发现暗示了单斜相到四方金红石相的结构转变并不是VO2发生MIT的必要条件。此外,我们还分析了有关类四方相和四方金红石相在相互转变过程中的共存演化机制等细节问题。这些发现不仅从结构的角度为解释VO2的MIT机理提供了线索,同时也为未来利用界面应力调控技术研制以VO2材料为基础的相关器件提供了更多支持。第四章概括了本论文的样品制备以及表征实验,总结了有关VO2/TiO2(001)外延厚膜的类四方相到四方金红石相转变的发现,并对类四方相的细节问题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 .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ135.11;TB383.2

【共引文献】