二氧化钒薄膜电子跃迁机制及红外开关特性研究
发布时间：2021-03-24 23:04
相变材料是一类重要的信息功能材料,其本征物理性质及输运特性在应用中具有极其重要的作用。近年来,金属-绝缘相变材料二氧化钒,由于其在智能玻璃、忆阻器和红外探测器等中的潜在应用,已经成为固体物理、凝聚态物理和光电子学领域研究较多的材料之一。二氧化钒作为大家熟知的过渡金属氧化物,在室温下具有绝缘态单斜结构（P21/c）,禁带宽度约为0.7 e V。受到应力、掺杂等因素影响,禁带宽度一般会上下浮动0.2 e V。当温度高于340 K时,二氧化钒发生绝缘-金属相变,常温绝缘态单斜结构向高温金属态金红石四方相（P42/mn）转变。同时,价带a1g与导带pge交叠,禁带宽度变为零。此外,二氧化钒在相变过程中电阻值发生3-5个量级的变化。一般的,常温下近红外区（2650 nm）透射率一般为80%左右,相变后透射率一般下降到30%以下,不同厚度的样品,透射率大小会相应改变。值得注意的是,二氧化钒的相变温度在室温附近,相对于钒的其他氧化物,例如,V2O3和V2O5,其相变温度约为160 K和530 K,这就使得二氧化钒在实际应用中更具竞争力。利用相变前后电阻率和近红外区透射率的显著变...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)电场调控下的VO2薄膜电阻随温变化曲线
离子液体调控 VO2相变特性，也不失为一种有效的方法。不过，由于液体器件相对麻烦，用电场调控也比较复杂。更重要的是，离子液体如接触空气，其性质会渐渐退化，保存封装离子液体器件目前还没有比较法。因此，利用离子液体调控 VO2特性的方法，目前还仅限于在实验，距离商业化的路还遥遥无期。另外，和金属掺杂的缺点类似，H+掺产生氧空位，也会使得相变特性下降。另一种简单可行的方法，则是使红石四方相的衬底来调控 VO2的相变特性。利用掺杂方法，不可避免的导致 VO2相变特性退化，而利用衬底应力免这种情况。在对 VO2近几十年的研究中，研究者们尝试了各种类型包括玻璃[61]，Si[31]，SiO2[62]，Al2O3[63]，SrTiO3[64], TiO2[18]和 MgF2[65]效调控 VO2相变特性的衬底当属金红石相 TiO2。我们都知道，当 VO时，其结构从单斜绝缘相转变为金红石四方相。因此，即使衬底与 V
图 5.2 (a-c)不同结构的低温和高温透射光谱、回滞回线和求导曲线；(d)相变温度和 ΔTr 关系曲线；(e)，(f)低温和高温反射和吸收光谱；(g)S-V-Z 结构的变温反射，插图为高温和低温的反射光谱；(h)，(i)图(g)中标记为 1-3 部分的回滞回线。质的影响有巨大差异。从图中可以看到，随着温度变化，S-V 和 S-Z-V 反射率变化趋势相同。然而，我们发现，对于 S-V-Z 结构，反射率变化趋势完全不同于S-V 和 S-Z-V，如图 5.2(g)所示。为了便于表达，我们将反射光谱分为 5 个部分，并标记为 1-5。首先，在标记为 1 的光谱部分，随着温度增加，反射率先下降后上升。反射光谱 1 和 2 部分，在 2650 nm 和 1770 nm 处的回滞回线见图 5.2(i)。对于回滞回线 1，在 70 oC 附近出现拐点，在拐点前后，相变分为两个部分。而对于回滞回线 2，在 70 oC 时，相变几乎完成。另外，随着温度升高，波谷从1039 nm 红移到 1404 nm，红移回滞回线如图 5.2(h)，上述现象与 D. Y. Lei 等人[24]
【参考文献】：
博士论文
[1]若干信息功能氧化物薄膜材料的光电跃迁研究[D]. 李文武.华东师范大学 2012
硕士论文
[1]氧分压变化对二氧化钒薄膜相变特性的影响[D]. 余倩.华东师范大学 2013
本文编号：3098559
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)电场调控下的VO2薄膜电阻随温变化曲线
离子液体调控 VO2相变特性，也不失为一种有效的方法。不过，由于液体器件相对麻烦，用电场调控也比较复杂。更重要的是，离子液体如接触空气，其性质会渐渐退化，保存封装离子液体器件目前还没有比较法。因此，利用离子液体调控 VO2特性的方法，目前还仅限于在实验，距离商业化的路还遥遥无期。另外，和金属掺杂的缺点类似，H+掺产生氧空位，也会使得相变特性下降。另一种简单可行的方法，则是使红石四方相的衬底来调控 VO2的相变特性。利用掺杂方法，不可避免的导致 VO2相变特性退化，而利用衬底应力免这种情况。在对 VO2近几十年的研究中，研究者们尝试了各种类型包括玻璃[61]，Si[31]，SiO2[62]，Al2O3[63]，SrTiO3[64], TiO2[18]和 MgF2[65]效调控 VO2相变特性的衬底当属金红石相 TiO2。我们都知道，当 VO时，其结构从单斜绝缘相转变为金红石四方相。因此，即使衬底与 V
图 5.2 (a-c)不同结构的低温和高温透射光谱、回滞回线和求导曲线；(d)相变温度和 ΔTr 关系曲线；(e)，(f)低温和高温反射和吸收光谱；(g)S-V-Z 结构的变温反射，插图为高温和低温的反射光谱；(h)，(i)图(g)中标记为 1-3 部分的回滞回线。质的影响有巨大差异。从图中可以看到，随着温度变化，S-V 和 S-Z-V 反射率变化趋势相同。然而，我们发现，对于 S-V-Z 结构，反射率变化趋势完全不同于S-V 和 S-Z-V，如图 5.2(g)所示。为了便于表达，我们将反射光谱分为 5 个部分，并标记为 1-5。首先，在标记为 1 的光谱部分，随着温度增加，反射率先下降后上升。反射光谱 1 和 2 部分，在 2650 nm 和 1770 nm 处的回滞回线见图 5.2(i)。对于回滞回线 1，在 70 oC 附近出现拐点，在拐点前后，相变分为两个部分。而对于回滞回线 2，在 70 oC 时，相变几乎完成。另外，随着温度升高，波谷从1039 nm 红移到 1404 nm，红移回滞回线如图 5.2(h)，上述现象与 D. Y. Lei 等人[24]
【参考文献】：
博士论文
[1]若干信息功能氧化物薄膜材料的光电跃迁研究[D]. 李文武.华东师范大学 2012
硕士论文
[1]氧分压变化对二氧化钒薄膜相变特性的影响[D]. 余倩.华东师范大学 2013
本文编号：3098559
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