二氧化钒晶体的制备及温阻特性研究

发布时间：2020-04-09 14:28

【摘要】：二氧化钒是一种在红外探测、智能窗、气敏器件、红外光学开关、场效应器件等方面有重要应用的半导体氧化物。二氧化钒的诸多应用基于其材料具有大幅度变化的温阻特性,其中最广为人知的是M相VO_2在68℃所具有的金属绝缘体转变特性。尽管通过诸如磁控溅射等方法制备的大面积多晶VO_2薄膜性质已经达到应用的要求,实现了器件的商用化,但是,对器件性能的进一步追求以及深入的科学研究的需求,使得人们对制备大面积、高结晶性、高性能的VO_2单晶薄膜提出了要求。本论文尝试系统研究不同制备条件对不同相的VO_2薄膜的结构特性和温阻特性的影响,揭示影响高质量VO_2生长的重要因素。结合已有的模型,对材料生长过程进行分析,寻找制备高质量VO_2的方法,并对获得的高质量VO_2材料进行温阻特性的测量和评估。论文主要研究内容及结果包含以下三个方面:(1)以V_2O_5为原料,利用化学气相沉积方法在不需要催化剂的条件下制备二氧化钒晶体。详细研究了制备温度、样品位置、真空度和衬底对制备的样品的形态影响,确定了VO_2的优化制备条件。按照此种方法可以得到大量、几十微米量级尺寸的二氧化钒纳米片。变温拉曼光谱测试显示样品具有明显的金属绝缘体转变性质,但是由于衬底的影响,相变是存在明显的相界面,相变温度差异明显。(2)在上述研究过程中发现V_2O_5源存在向VO_2转变的现象。利用这一特性,我们采用氧化铝坩埚成功的制备了mm级尺寸的VO_2单晶。单晶的相变温度~68℃,回滞温度~3℃,相变过程电阻变化达到10~4个量级,显示材料具有较高的质量。我们根据钒氧化物的相图对上述制备结果进行了解释。(3)采用液相沉积的方法,详细研究了反应温度、反应时间和前驱材料质量对制备结果的影响,最终制备出高质量的B相二氧化钒晶体薄膜。对材料进行温阻特性测量,发现材料的电阻温度系数(TCR)具有各向异性。在(001)的面内,280 K的TCR的值为-3%/K,达到了微测辐射热计型红外探测器应用要求。在垂直(001)面方向,TCR值只有-1.7%/K。进一步研究IV曲线随温度变化特性发现温阻特性具有明显的各向异性、温度依赖特性和电压依赖特性。我们对这一现象给出了初步的解释。
【图文】：

二氧化钒单晶的测试装置示意图

横向电阻器件的测试装置示意图
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304

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本文编号：2620877