二氧化钒薄膜的制备、掺杂改性及其光电器件研究

发布时间：2024-06-03 05:09

　　近年来,随着数字产业的兴起和智能设备的普及,半导体制造和超大规模集成电路产业迅猛发展,将硅基半导体技术推向高潮,元器件特征尺寸逐步缩小至5 nm,向3 nm迈进。但是,不断缩小的特征尺寸不仅挑战着物理学的极限,也带来诸多的寄生问题,如短沟道效应、漏致势垒降低效应、栅对沟道区控制能力衰退以及较大的泄漏电流和功耗等,制约着Moore定律的进一步发展。为了解决这些问题,研究人员们一方面在现有基础上,通过优化或者重新设计器件结构,升级制备工艺等方式来缓解和平衡诸多矛盾。另一方面,试图通过开发新型的高性能半导体材料,部分甚至全部取代如今的硅基半导体。其中,具有金属-绝缘相变特性(Metal-Insulator Transition,MIT)的氧化物半导体材料,特别是二氧化钒(VO₂)这一典型的强关联电子材料,因其最接近室温的相变温度(T_MIT),剧烈的电阻率和红外透射率突变等特性受到科研人员的关注,而且还可与电子开关、存储器件、智能窗户和光电探测器等应用相兼容。鉴于此,本论文以VO₂为研究对象,探究薄膜制备工艺和元素掺杂对VO

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 VO₂相变材料概论
    1.3 VO₂ 制备工艺
        1.3.1 溶胶-凝胶法(sol-gel)
        1.3.2 磁控溅射
        1.3.3 脉冲激光沉积(PLD)
    1.4 VO₂相变调控研究
        1.4.1 相变机理探究
        1.4.2 掺杂改性
        1.4.3 应力调控相变
        1.4.4 外电场调控相变
    1.5 VO₂应用研究
        1.5.1 光电器件
        1.5.2 场效应晶体管
        1.5.3 存储器件
    1.6 本论文研究的意义和主要内容
    参考文献
第二章 VO₂薄膜及器件的制备与表征方法
    2.1 VO₂薄膜及器件的制备方法
        2.1.1 脉冲激光沉积系统
        2.1.2 电子束曝光系统
    2.2 VO₂ 薄膜及器件的结构和性能表征
        2.2.1 结构表征
        2.2.2 性能表征
    2.3 本章小结
    参考文献
第三章 不同衬底上制备VO₂薄膜的研究
    3.1 引言
    3.2 薄膜与器件制备
        3.2.1 制备VO₂薄膜
        3.2.2 制备VO₂微纳器件
    3.3 VO₂ 薄膜物性研究
        3.3.1 VO₂薄膜的晶体结构
        3.3.2 VO₂薄膜的物理特性
        3.3.3 VO₂薄膜电控相变研究
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 钨重掺杂对VO₂薄膜带间电子跃迁和轨道结构的调控行为研究
    4.1 引言
    4.2 V_1-xW_x O₂ 薄膜的制备
    4.3 V_1-xW_x O₂ 薄膜的物相分析
        4.3.1 晶体结构分析
        4.3.2 化学组分分析
    4.4 V_1-xW_x O₂薄膜的光学表征
        4.4.1 变温透射光谱
        4.4.2 变温Raman光谱
    4.5 V_1-xW_x O₂薄膜的轨道结构变化
        4.5.1 透射光谱拟合
        4.5.2 V_1-xW_x O₂薄膜的复介电常数研究
        4.5.3 V_1-xW_x O₂薄膜的电子跃迁及轨道结构探究
    4.6 第一性原理计算
    4.7 氧含量对薄膜的影响
    4.8 本章小结
    参考文献
第五章 混合维度的范德华异质结光电探测器
    5.1 引言
    5.2 GaSe/VO₂范德华异质结器件的制备
        5.2.1 异质结制备
        5.2.2 器件制备
    5.3 结构表征
    5.4 GaSe/VO₂异质结常温特性
        5.4.1 KPFM分析
        5.4.2 异质结电学特性
        5.4.3 异质结光电特性
    5.5 金属-绝缘相变控制的GaSe/VO₂光电探测器
    5.6 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 研究成果总结
    6.2 展望
附录Ⅰ图表清单
附录Ⅱ攻读博士学位期间的科研成果
附录Ⅲ 致谢



本文编号：3988225