点缺陷对二氧化钒薄膜结构和性能的影响研究
发布时间：2020-12-14 22:38
二氧化钒（VO2）薄膜材料是一种具有相变特性的功能薄膜,在红外探测、非制冷红外成像、光控器件、智能窗、可调波段隐身装备和超表面等领域具有应用潜力。VO2相变过程受温度影响,升温降温过程中材料的结构发生从单斜相到四方相转变的一级相变。在相变的同时,VO2单晶薄膜伴随着4～5个数量级的电阻率突变和明显的光学透过率改变,尤其是红外波段的透过率由高变低,可应用于智能光学器件。然而,由于相变潜热的存在,VO2相变过程存在热滞回线,导致其结构和性能与温度不能一一对应,造成了红外伪装、可调谐光波导器件的应用困难。另一方面,VO2的相变温度在60℃左右,远高于室温,这为V02薄膜的广泛应用带来了不便。上述问题已成为制约VO2材料应用的关键难点。空位、替位原子、间隙原子等点缺陷对材料的结构和性能影响很大,可以对材料的晶相、电学和光学等方面的性能产生显著的影响。近年来,点缺陷对VO2材料的相变过程和结构性能的影响成为大家研究的重点,特别是点缺陷对VO2光学性能和电学性能的调控作用能够使我们得到较为理想的相变材料。如果合理的利用缺陷,可以解决VO2材料相变幅度小、存在滞回线和相变温度高等问题。本文紧紧围绕点...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｖ〇２晶体结构：（ａ）金红石型；（ｂ）畸变金红石型??
Ｖ－Ｖ之间的扭转角小于１．４°，由于单斜相的Ｖ原子之间成对，必然有??一定角度，而转变为金红石相后，Ｖ原子之间几乎是垂直的［３４］。??图１－１?Ｖ〇２晶体结构：（ａ）金红石型；（ｂ）畸变金红石型??１．３二氧化钒薄膜的相变机理??１９７１年美国的Ｊ．?Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ教授开展了?Ｖ０２相变的物理机理方面的研宄［３８］。??发现Ｖ０２薄膜晶格结构的对称性随温度的变化而发生改变，晶格中Ｖ－Ｖ键的长度??也改变了。随着晶体结构的改变，Ｖ０２的电导率随之而改变，而且Ｖ０２能带结构??也相应改变。在高温时，金红石型Ｖ〇２的ｄ／／能带与ｆ带有部分重叠，并且交叠部??分的能带中充满了电子，Ｖ０２显现出金属性质。费米能级ＥＦ落在ｆ带与ｄ〃带之间，??如下图ｌ－３（ａ）所示。相变后，Ｖ０２转变为类Ｍｏ０２型，能带结构也随之发生变化。??钒离子沿晶轴ｃ轴方向呈非平行状态配对成键，这使Ｖ０２晶胞中的ｃ轴长度増加??了一倍，对称性相对于金红石型来说发生了改变，即产生晶格畸变。ｄ〃能带分裂为??全空带和全满带两个能带
??ｄｆｆ??图１－３?ＶＯ２的能带结构示意图。（ａ）金红石型；（ｂ）类Ｍｏ０２型??根据以上的能带理论分析，可知Ｖ０２材料的相变温度与能带结构密切相关，??带隙越小，其相变温度会越低。所以可以通过掺杂的方式在带隙中引入缺陷能级，??进而降低薄膜的相变温度。??除热致相变外，其他物理场作用也可引起Ｖ０２的相变，Ｖ〇２材料的这种相变??特性引起了科学家们的关注，其中一项重要的研宄是关于Ｖ０２的光致相变。２００１??年，牛津大学的Ｃａｖａｌｌｅｒｉ和他的团队发表了一篇论文，介绍了他们在飞秒激光的??照射下Ｖ０２相变过程中的结构力学方面的研宄成果，发现Ｖ０２的相变不是由热效??应引起的［１９］。２００４年，他们用软Ｘ射线使Ｖ０２薄膜产生相移？。第二年，他们使??用８００?ｎｍ激光引导Ｖ０２薄膜产生相变［２１］。此后
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe掺杂VO2中的相变和磁性研究[J]. 李季凡,王忠龙,尹重阳,Gebru Zerihun,龚高尚. 低温物理学报. 2017(01)
[2]水热法制备纳米VO2及其相变机理的研究进展[J]. 陈燕舞,袁腾,王锋,胡剑青,涂伟萍. 材料导报. 2016(09)
[3]脉冲激光沉积功能薄膜的研究进展[J]. 程勇,陆益敏,郭延龙,黄国俊,王淑云,朱孟真,黎伟,米朝伟,曹海源. 激光与光电子学进展. 2015(12)
[4]钨-氟共掺杂二氧化钒的水热法制备及表征[J]. 吕维忠,黄德贞,罗仲宽,刘波. 深圳大学学报(理工版). 2015(04)
[5]钨掺杂M型二氧化钒粉体的水解法制备与结构分析[J]. 杨修春,陈超,周石山,王胤博. 硅酸盐学报. 2014(09)
[6]液相自组装Ce、W掺杂VO2薄膜的制备及其性能研究[J]. 徐小勇,邓爱平,施卫国,刘强. 中国陶瓷. 2013(05)
[7]W-Mo复合离子掺杂VO2薄膜热滞回线的热调制现象[J]. 张阳,黄婉霞,施奇武,宋林伟,徐元杰. 无机材料学报. 2013(05)
[8]掺钼对二氧化钒薄膜热致变色特性的影响[J]. 刘东青,程海峰,郑文伟,张朝阳. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[9]一种二氧化钒膜的新的生长模式[J]. 魏雄邦,蒋亚东,吴志明,廖家轩,贾宇明,田忠. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[10]钽掺杂对二氧化钒多晶薄膜相变特性的影响[J]. 付学成,李金华,谢建生,袁宁一. 红外技术. 2010(03)
硕士论文
[1]二氧化钒纳米粉体的制备及铪掺杂对其光、电性能的研究[D]. 芦丹.上海师范大学 2010
[2]纳米二氧化钒的制备及其形貌对性能的影响[D]. 邓丽.南京理工大学 2009
本文编号：2917134
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｖ〇２晶体结构：（ａ）金红石型；（ｂ）畸变金红石型??
Ｖ－Ｖ之间的扭转角小于１．４°，由于单斜相的Ｖ原子之间成对，必然有??一定角度，而转变为金红石相后，Ｖ原子之间几乎是垂直的［３４］。??图１－１?Ｖ〇２晶体结构：（ａ）金红石型；（ｂ）畸变金红石型??１．３二氧化钒薄膜的相变机理??１９７１年美国的Ｊ．?Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ教授开展了?Ｖ０２相变的物理机理方面的研宄［３８］。??发现Ｖ０２薄膜晶格结构的对称性随温度的变化而发生改变，晶格中Ｖ－Ｖ键的长度??也改变了。随着晶体结构的改变，Ｖ０２的电导率随之而改变，而且Ｖ０２能带结构??也相应改变。在高温时，金红石型Ｖ〇２的ｄ／／能带与ｆ带有部分重叠，并且交叠部??分的能带中充满了电子，Ｖ０２显现出金属性质。费米能级ＥＦ落在ｆ带与ｄ〃带之间，??如下图ｌ－３（ａ）所示。相变后，Ｖ０２转变为类Ｍｏ０２型，能带结构也随之发生变化。??钒离子沿晶轴ｃ轴方向呈非平行状态配对成键，这使Ｖ０２晶胞中的ｃ轴长度増加??了一倍，对称性相对于金红石型来说发生了改变，即产生晶格畸变。ｄ〃能带分裂为??全空带和全满带两个能带
??ｄｆｆ??图１－３?ＶＯ２的能带结构示意图。（ａ）金红石型；（ｂ）类Ｍｏ０２型??根据以上的能带理论分析，可知Ｖ０２材料的相变温度与能带结构密切相关，??带隙越小，其相变温度会越低。所以可以通过掺杂的方式在带隙中引入缺陷能级，??进而降低薄膜的相变温度。??除热致相变外，其他物理场作用也可引起Ｖ０２的相变，Ｖ〇２材料的这种相变??特性引起了科学家们的关注，其中一项重要的研宄是关于Ｖ０２的光致相变。２００１??年，牛津大学的Ｃａｖａｌｌｅｒｉ和他的团队发表了一篇论文，介绍了他们在飞秒激光的??照射下Ｖ０２相变过程中的结构力学方面的研宄成果，发现Ｖ０２的相变不是由热效??应引起的［１９］。２００４年，他们用软Ｘ射线使Ｖ０２薄膜产生相移？。第二年，他们使??用８００?ｎｍ激光引导Ｖ０２薄膜产生相变［２１］。此后
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe掺杂VO2中的相变和磁性研究[J]. 李季凡,王忠龙,尹重阳,Gebru Zerihun,龚高尚. 低温物理学报. 2017(01)
[2]水热法制备纳米VO2及其相变机理的研究进展[J]. 陈燕舞,袁腾,王锋,胡剑青,涂伟萍. 材料导报. 2016(09)
[3]脉冲激光沉积功能薄膜的研究进展[J]. 程勇,陆益敏,郭延龙,黄国俊,王淑云,朱孟真,黎伟,米朝伟,曹海源. 激光与光电子学进展. 2015(12)
[4]钨-氟共掺杂二氧化钒的水热法制备及表征[J]. 吕维忠,黄德贞,罗仲宽,刘波. 深圳大学学报(理工版). 2015(04)
[5]钨掺杂M型二氧化钒粉体的水解法制备与结构分析[J]. 杨修春,陈超,周石山,王胤博. 硅酸盐学报. 2014(09)
[6]液相自组装Ce、W掺杂VO2薄膜的制备及其性能研究[J]. 徐小勇,邓爱平,施卫国,刘强. 中国陶瓷. 2013(05)
[7]W-Mo复合离子掺杂VO2薄膜热滞回线的热调制现象[J]. 张阳,黄婉霞,施奇武,宋林伟,徐元杰. 无机材料学报. 2013(05)
[8]掺钼对二氧化钒薄膜热致变色特性的影响[J]. 刘东青,程海峰,郑文伟,张朝阳. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[9]一种二氧化钒膜的新的生长模式[J]. 魏雄邦,蒋亚东,吴志明,廖家轩,贾宇明,田忠. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[10]钽掺杂对二氧化钒多晶薄膜相变特性的影响[J]. 付学成,李金华,谢建生,袁宁一. 红外技术. 2010(03)
硕士论文
[1]二氧化钒纳米粉体的制备及铪掺杂对其光、电性能的研究[D]. 芦丹.上海师范大学 2010
[2]纳米二氧化钒的制备及其形貌对性能的影响[D]. 邓丽.南京理工大学 2009
本文编号：2917134
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