二氧化钒纳米线的制备与电学性能研究

发布时间：2018-03-12 17:18

  本文选题：VO_2纳米线　切入点：金属-绝缘体相变　出处：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：二氧化钒(VO_2)作为最典型的金属-绝缘体相变材料,受到了越来越多的关注。VO_2在68℃时由单斜结构转变为金红石相结构,同时伴随着电学、光学、力学和磁学等性质的突变,利用这些特性可以将其开发为诸多有意思的应用。当下,电子器件都朝着微型化的方向发展,因此低维纳米材料越来越受重视。研究表明,一维纳米线结构的VO_2同样具有显著的相变特性,其独特的单晶结构表现出许多不同于体材料的物理性能,这些特殊的性质亟需探索和研究。基于此,本论文利用化学气相沉积法和脉冲激光沉积技术制备了表面形貌光滑、单晶结构的VO_2纳米线,并利用热-电微探针测试平台详细研究了单根VO_2纳米线的电学性能,为其之后的应用奠定了实验基础。本论文通过化学气相沉积法得到了表面形貌光滑、结晶性良好的VO_2纳米线。实验发现,基底的表面粗糙程度、晶体结构对于纳米线的取向、生长形貌具有很大的影响。粗糙表面的石英基片利于得到密集、杂乱取向的纳米线;平整的Si O2/Si基片上则可以得到稀疏的、镶嵌在基底上的纳米线;而c-切的Al2O3晶体基片上可得到择优取向生长的纳米线。透射电镜测试结果显示,整根的VO_2纳米线为单晶结构,生长方向沿着[100]方向生长。为了在基底上得到更加密集的VO_2纳米线,本论文进一步探索了利用脉冲激光沉积技术生长VO_2纳米线的制备工艺。通过不断地调节温度、氧压、激光频率、脉冲数等工艺参数成功得到了VO_2纳米线。脉冲激光沉积法制备VO_2纳米线最佳的工艺参数为氧压5 Pa、基片温度750℃、激光频率1 Hz、脉冲数3000。同样地,基底的晶体结构也会影响二氧化钒纳米线的生长取向。通过光刻和电子束蒸镀等现代加工工艺,本论文成功在单根纳米线两端制作电极,并深入研究了单根VO_2纳米线的电学性能。研究发现,单晶的VO_2纳米线相变时展现出1-2个数量级的电阻突变;VO_2纳米线的相变性质受基底失配应变所影响,相比于自由状态的纳米线,基底失配应变作用下的纳米线相变温度升高了35℃,相变滞后宽度增加了39℃。通过施加几伏的电压可以驱动VO_2纳米线发生相变;随着温度的升高,驱动纳米线相变所需的电压呈线性减小;VO_2纳米线这种电压驱动相变的性质十分稳定,可以稳定循环500次以上,基于该特性可以将其开发成电阻开关或快速存储器件。
[Abstract]:As the most typical metal-insulator phase change material, VO _ 2 has received more and more attention. At 68 鈩，

本文编号：1602532